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Lamb wave signal selective enhancement by an improved design of meander-coil electromagnetic acoustic transducer 被引量:3
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作者 孙文秀 刘国强 +1 位作者 夏慧 夏正武 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第8期308-314,共7页
In this paper, we investigate a method of selectively enhancing the single mode signal of a Lamb wave by using a meander-coil electromagnetic acoustic transducer (EMAT) with a new magnetic configuration. We use the ... In this paper, we investigate a method of selectively enhancing the single mode signal of a Lamb wave by using a meander-coil electromagnetic acoustic transducer (EMAT) with a new magnetic configuration. We use the Lamb antisym- metric (A0) mode and symmetric (SO) mode as an example for analysis. The analytical expression of the magnitude of the spatial Fourier transform of the Lorentz force generated by different meander coils is used to determine the optimal driving frequency for single mode generation. The numerical calculation is used to characterize the new magnetic configuration and the conventional EMAT magnet. Experimental examinations of each meander coil in combination with the conventional and new magnetic configuration show that the Lamb wave signal can be selectively enhanced by choosing the appropriate driving frequency and coil parameters through using the improved meander-coil EMAT. 展开更多
关键词 Lamb wave selective enhancement meander-coil electromagnetic acoustic transducer emat
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单向L(0,2)超声导波EMAT结构设计
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作者 赵云伟 王悦民 +1 位作者 汤槟晖 许鉴鉴 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第5期94-97,共4页
超声导波在管道中传播时双向传播的特性以及端面反射回波的影响导致检测回波信号复杂难以分辨。依据电磁声换能器(EMAT)激发机理和纵向超声导波的波结构特性,设计了一种周期性永磁铁增强径向偏置磁场,从而增大洛伦兹力轴向分量、减小径... 超声导波在管道中传播时双向传播的特性以及端面反射回波的影响导致检测回波信号复杂难以分辨。依据电磁声换能器(EMAT)激发机理和纵向超声导波的波结构特性,设计了一种周期性永磁铁增强径向偏置磁场,从而增大洛伦兹力轴向分量、减小径向分量来控制激发单一L(0,2)导波;同时依据波叠加原理,通过控制相邻线圈线间距、激励电流方向和延迟时间等来选择纵向超声导波的激发方向。研究结果表明:当相邻激励线圈电流相反、线间距为λ/4,且延迟时间为T/4时,采用优化设计的周期性永磁铁可以实现管道中超声导波的方向控制,使得回波信号容易分辨,提高了管道的检测效率。 展开更多
关键词 非铁磁性管道 纵向导波 洛伦兹力 方向控制 电磁声换能器
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Selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers 被引量:1
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作者 李明亮 邓明晰 高广健 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期1-8,共8页
In this paper, we describe a modal expansion approach for the analysis of the selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers (EMATs). With the modal expansion approach for wave... In this paper, we describe a modal expansion approach for the analysis of the selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers (EMATs). With the modal expansion approach for waveguide excitation, an analytical expression of the Lamb wave's mode expansion coefficient is deduced, which is related to the driving frequency and the geometrical parameters of the EMAT's meander coil, and lays a theoretical foundation for exactly analyzing the selective generation of Larnb waves with EMATs. The influences of the driving frequency on the mode expansion coefficient of ultrasonic Lamb waves are analyzed when the EMAT's geometrical parameters are given. The numerical simulations and experimental examinations show that the ultrasonic Lamb wave modes can be effectively regulated (strengthened or restrained) by choosing an appropriate driving frequency of EMAT, with the geometrical parameters given. This result provides a theoretical and experimental basis for selectively generating a single and pure Lamb wave mode with EMATs. 展开更多
关键词 ultrasonic Lamb waves selective generation electromagnetic acoustic transducer emat Lorentz surface stress
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Comparison of three formulations for eddy-current problems in a spiral coil electromagnetic acoustic transducer
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作者 石文泽 吴运新 +3 位作者 龚海 赵志然 范吉志 谭良辰 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第4期817-824,共8页
Three differential equations based on different definitions of current density are compared. Formulation Ⅰ is based on an incomplete equation for total current density(TCD). Formulations Ⅱ and Ⅲ are based on incomp... Three differential equations based on different definitions of current density are compared. Formulation Ⅰ is based on an incomplete equation for total current density(TCD). Formulations Ⅱ and Ⅲ are based on incomplete and complete equations for source current density(SCD), respectively. Using the weak form of finite element method(FEM), three formulations were applied in a spiral coil electromagnetic acoustic transducer(EMAT) example to solve magnetic vector potential(MVP). The input impedances calculated by Formulation Ⅲ are in excellent agreement with the experimental measurements. Results show that the errors for Formulations Ⅰ& Ⅱ vary with coil diameter, coil spacing, lift-off distance and external excitation frequency, for the existence of eddy-current and skin & proximity effects. And the current distribution across the coil conductor also follows the same trend. It is better to choose Formulation I instead of Formulation Ⅲ to solve MVP when the coil diameter is less than twice the skin depth for Formulation Ⅰ is a low cost and high efficiency calculation method. 展开更多
关键词 螺旋线圈 电磁声换能器 配方 涡流 电磁超声换能器 电流密度 密度方程 微分方程
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高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计
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作者 董明 李航辉 +2 位作者 马宏伟 陈渊 曹现刚 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期3270-3279,共10页
蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同... 蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同位置的换能效率,以实现横波的增强和纵波的抑制。首先,考虑永磁体的空间磁场分布,分析蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系,结合有限元声场云图,得到EMAT接收信号中存在多个回波的原因;其次,研究线圈参数对换能效率和横波纵波幅值比的影响规律,利用有限元仿真确定变尺寸EMAT的设计参数;最后,制备常规与变尺寸蝶形线圈EMAT,采集无缺陷铝合金试块的回波,结果表明,当永磁体直径与线圈中心宽度比为1.92时,纵波幅值削弱了66.1%,横波幅值增大了36.3%,横纵波幅值比从5.8升至23.1。该文设计的变尺寸蝶形线圈EMAT实现了对纵波的削弱和横波的增强,提升了横波电磁超声内部缺陷检测的可靠性。 展开更多
关键词 横波电磁超声换能器 高纯度横波 变尺寸蝶形线圈 缺陷检测
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基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪 被引量:8
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作者 彭建平 王黎 +3 位作者 高晓蓉 王泽勇 彭朝勇 张渝 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第1期18-20,共3页
简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理。设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元... 简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理。设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元进行功率放大并与EMAT探头做输出匹配,提高输出功率;DSP系统完成超声波信号的数据处理及缺陷分析功能。最后对人工缺陷轮对和自然缺陷轮对进行试验,结果表明:检测过程无需耦合剂、无需沿踏面扫查,即可快速实现对轮对踏面表面及近表面10 mm范围内的车轮径向裂纹和大尺寸踏面剥离缺陷进行检测。 展开更多
关键词 电磁超声换能器(emat) 轮对踏面探伤仪 踏面剥离 踏面裂纹
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曲折线圈EMAT偏置磁场优化设计及其实验研究 被引量:3
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作者 刘勋丰 石文泽 +3 位作者 卢超 陈尧 陈果 龙盛蓉 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期746-753,共8页
针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率低的问题,建立了曲折线圈EMAT检测过程有限元模型,分析了3种常见的永磁体组合方式对EMAT换能效率的影响,研究了3种组合方式下永磁体几何参数对金属试样表层偏置磁感应强度的影响规律,并给出了... 针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率低的问题,建立了曲折线圈EMAT检测过程有限元模型,分析了3种常见的永磁体组合方式对EMAT换能效率的影响,研究了3种组合方式下永磁体几何参数对金属试样表层偏置磁感应强度的影响规律,并给出了偏置磁场强度最大时对应的永磁体最佳几何参数。为验证仿真结果,采用3种组合形式的永磁体制作EMAT探头,并在铝板中激励0.9 MHz表面波和2 MHz斜入射偏振剪切波(SV波)。研究结果表明,当永磁体宽度为EMAT曲折线圈宽度的0.8左右时,曲折线圈EMAT换能效率最高。改进U型永磁体组合可显著提高金属试样表面的偏置磁场强度。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 曲折线圈 偏置磁场 换能效率 有限元法
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回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响 被引量:1
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作者 邓鹏 何存富 +3 位作者 吕炎 刘增华 焦敬品 吴斌 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期665-671,共7页
为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回... 为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回折线圈对人工裂纹进行检测,得到了对应的反射和透射系数,分析了导线长度和裂纹长度相互关系对缺陷定量检测的影响.试验结果表明,表面波EMAT的频率特性与回折线圈导线长度无关,但其所激励表面波的声场指向性及衰减速率与导线长度密切相关,回折线圈导线长度越大,声束辐射半张角越小,表面波衰减越慢;作为接收传感器,回折线圈导线长度越大,EMAT检测时空间分辨率越低,但接收信号信噪比越高.导线长度小于裂纹长度时,才能得到准确的反射和透射系数. 展开更多
关键词 表面波电磁声传感器 导线长度 声场指向性 缺陷定量检测
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基于有限元仿真的EMAT结构优化研究 被引量:3
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作者 李继春 赵建平 《压力容器》 2014年第8期42-47,共6页
电磁超声检测作为一种新兴的无损检测手段,在高温在线检测中优势明显,然而换能效率偏低限制了其进一步发展和应用。为提高电磁超声换能器的换能效率,通过原理分析,基于有限元仿真对换能器的磁铁和线圈进行分析。选取磁铁的长、宽、高、... 电磁超声检测作为一种新兴的无损检测手段,在高温在线检测中优势明显,然而换能效率偏低限制了其进一步发展和应用。为提高电磁超声换能器的换能效率,通过原理分析,基于有限元仿真对换能器的磁铁和线圈进行分析。选取磁铁的长、宽、高、间距,蛇形线圈和回形线圈的线粗、长度、导线间距及周期数等参数,分别以磁感应强度和涡流密度为目标进行优化。优化结果有助于在试验研究中节约时间和成本,具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 优化 磁铁 线圈
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基于COMSOL的线聚焦EMAT声场特性仿真分析 被引量:3
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作者 潘奕宏 吴运新 +1 位作者 吴雨唐 蔡壮 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第11期21-24,共4页
为了提高电磁超声线聚焦换能器的线聚焦性能,增强对微小缺陷的检测效果,利用COMSOL软件对线聚焦电磁超声换能器(EMAT)的激发过程进行了数值模拟,研究了线聚焦EMAT所激发超声波的声场特性,分析了激励周期、线圈匝数和聚焦距离对线聚焦性... 为了提高电磁超声线聚焦换能器的线聚焦性能,增强对微小缺陷的检测效果,利用COMSOL软件对线聚焦电磁超声换能器(EMAT)的激发过程进行了数值模拟,研究了线聚焦EMAT所激发超声波的声场特性,分析了激励周期、线圈匝数和聚焦距离对线聚焦性能的影响。研究结果表明:适当增加激励周期、减小聚焦距离既可以增大线聚焦主瓣峰值,又可以减小线聚焦声束宽度,有利于获得更好的线聚焦效果;在进行线聚焦EMAT设计时应选择适当的线圈匝数,匝数过多和过少均不利于提高换能器的线聚焦性能。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 线聚焦SV波 声场特性 仿真分析
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Single SH guided wave mode generation method for PPM EMATs
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作者 翟国富 李永虔 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第5期326-332,共7页
Using periodic permanent magnet(PPM)electromagnetic acoustic transducers(EMATs),different shear horizontal(SH)guided wave modes can form simultaneously in some situations,which can interfere with the inspection.The ma... Using periodic permanent magnet(PPM)electromagnetic acoustic transducers(EMATs),different shear horizontal(SH)guided wave modes can form simultaneously in some situations,which can interfere with the inspection.The main cause of this phenomenon(typically named multiple modes)is related to the frequency bandwidth of excitation signals and the transducer spatial bandwidth.Simply narrowing the frequency bandwidth cannot effectively limit the number of different SH modes.Previous researches showed that unnecessary SH wave modes can be eliminated by using dual EMATs.However,in practical applications,it is more convenient to change the excitation frequency than to use dual EMATs.In this paper,the stress boundary conditions of the PPM-EMAT are analyzed,the analytical expression of SH guided wave is established,and the magnitude of SH guided wave mode under continuous tone and tone-burst input is obtained.A method to generate a single SH mode by re-selecting an operating point is proposed.Furthermore,the influence of the frequency bandwidth of the tone-burst signal is analyzed.Finally,a single SH mode excitation is achieved with tone-burst input. 展开更多
关键词 operating point multiple modes SH guided waves electromagnetic acoustic transducer(emat)
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基于子母共位电磁超声换能器的平面波成像
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作者 王星宇 郑阳 +2 位作者 周进节 张宗健 张吉堂 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第11期23-26,30,共5页
为了实现电磁超声相控阵单通道激励下的平面波成像(PWI),提升检测效率,设计了一种新型电磁超声相控阵换能器,命名为子母共位电磁超声换能器(EMAT)。该换能器将激发线圈与接收线圈分离,激发线圈为整体线圈,接收线圈为分离多通道线圈,两... 为了实现电磁超声相控阵单通道激励下的平面波成像(PWI),提升检测效率,设计了一种新型电磁超声相控阵换能器,命名为子母共位电磁超声换能器(EMAT)。该换能器将激发线圈与接收线圈分离,激发线圈为整体线圈,接收线圈为分离多通道线圈,两类线圈共用一组磁体。该换能器可降低实验仪器操作复杂性,使得不需要相控阵全通道激发,采用单通道激励即可以实现电磁超声平面波成像。本文使用子母共位电磁超声换能器对“斜向排列”的2 mm直径阶梯横通孔缺陷进行成像检测,结果表明:常规平面波算法检测的纵向定位误差在0.5 mm范围内,横向定位误差在2 mm范围内,采用相位相干算法可辅助提升成像信噪比(SNR),表明该类型换能器对于平面波成像快速检测是适用的。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 无损检测 平面波成像 缺陷识别
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SH电磁超声换能器优化设计及粘接强度测量
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作者 姜颖 郭新峰 项延训 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第5期695-700,共6页
电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)使用时无需耦合剂,可以便捷地应用于严苛工况下结构的超声检测。但由于EMAT复杂的多物理场换能机理,通常存在换能效率低,接收信号信噪比小等缺点。针对上述问题,文章开展了线... 电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)使用时无需耦合剂,可以便捷地应用于严苛工况下结构的超声检测。但由于EMAT复杂的多物理场换能机理,通常存在换能效率低,接收信号信噪比小等缺点。针对上述问题,文章开展了线圈宽度、线圈间距及磁致伸缩贴片等参数对EMAT换能效率的影响研究,优化设计了SH电磁超声换能器。实验结果表明,一定厚度的磁致伸缩贴片对EMAT的换能效率有较明显的提高。基于SH0导波对界面变化的敏感性,采用优化设计的EMAT激发SH0导波,对固化温度等因素引起的多层铝板弱粘接结构件进行粘接性能的检测,实验测得的粘接强度与结构拉伸强度的变化趋势一致,表明优化后的EMAT可以适用于粘接结构状态的检测。 展开更多
关键词 电磁超声换能器(emat) 换能效率 SH0导波 粘接强度
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脉冲压缩技术在高温锻件电磁超声检测中的应用
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作者 汪树民 石文泽 +3 位作者 卢超 张琦 程进杰 吴健 《压力容器》 北大核心 2023年第8期28-36,共9页
针对脉冲压缩技术应用于电磁超声检测时,检测系统频谱特性与调制信号带宽不匹配,导致脉冲压缩效果下降的问题,建立了电磁超声检测过程的场路耦合分析有限元模型,比较线性调频(LFM),Barker,LFM+Barker和调幅线性调频(AMLFM)+Barker共4种... 针对脉冲压缩技术应用于电磁超声检测时,检测系统频谱特性与调制信号带宽不匹配,导致脉冲压缩效果下降的问题,建立了电磁超声检测过程的场路耦合分析有限元模型,比较线性调频(LFM),Barker,LFM+Barker和调幅线性调频(AMLFM)+Barker共4种调制信号对脉冲压缩效果的影响。以高温锻件平底孔缺陷螺旋线圈电磁超声检测为例,对比和验证了同时宽的4种调制信号脉冲压缩技术的应用效果。研究结果表明:采用Barker信号激励时,获得的脉压信号主瓣信噪比最高,但由于时频积较小,空间分辨率差;采用LFM信号激励时,高温锻件中高频成分超声波衰减愈加严重,造成主瓣信噪比下降和波包宽度变大等问题;采用AMLFM+Barker激励时,由于子函数加窗导致主瓣宽度有所增加;基于LFM+Barker复合调制信号的脉冲压缩技术兼具高主瓣信噪比和高空间分辨率的优点。该研究可以为高温环境下铸锻件超声检测提供解决方法。 展开更多
关键词 高温锻件 电磁超声换能器 场路耦合分析 脉冲压缩 电磁超声检测 信噪比
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螺旋线圈电磁超声换能器解析建模与分析 被引量:30
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作者 翟国富 汪开灿 +2 位作者 王亚坤 苏日亮 康磊 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第18期147-154,3,共8页
目前电磁超声换能器(electromagnetic acoustictransducer,EMAT)建模方法中存在有限元法计算时间较长,解析法建模不完整的问题。通过将圆柱永磁体等效为电流环并采用截断区域特征函数展开(truncated region eigen-function expansion,TR... 目前电磁超声换能器(electromagnetic acoustictransducer,EMAT)建模方法中存在有限元法计算时间较长,解析法建模不完整的问题。通过将圆柱永磁体等效为电流环并采用截断区域特征函数展开(truncated region eigen-function expansion,TREE)方法,建立螺旋线圈EMAT完整解析模型,得到涡流、磁场、力场和线圈阻抗的表达式。随后以铝板探伤为背景,应用该模型分析静磁场及其产生的洛伦兹力分布规律,得到永磁体直径是线圈的1.5~2倍,厚度与其直径相等的设计原则;对比分析静磁场洛伦兹力和交变磁场洛伦兹力的频率、大小和分布规律。最后,结合有限元法和实验验证了模型和分析结果的有效性。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 解析建模 螺旋线圈 永磁体
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基于小波变换的薄层厚度电磁超声测量方法 被引量:16
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作者 焦敬品 于兆卿 +1 位作者 刘文华 张强 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期588-595,共8页
机械结构(如齿轮、轴承、密封)中薄液体层对其性能有很大影响。针对传统超声反射回波方法时间分辨率低,难以实现薄层厚度测量以及压电换能器测量结果受界面耦合性能影响问题,提出了基于小波变换奇异点提取的薄液体层厚度电磁超声测量方... 机械结构(如齿轮、轴承、密封)中薄液体层对其性能有很大影响。针对传统超声反射回波方法时间分辨率低,难以实现薄层厚度测量以及压电换能器测量结果受界面耦合性能影响问题,提出了基于小波变换奇异点提取的薄液体层厚度电磁超声测量方法。同时,研究了小波变换基函数及分析尺度对薄液体层超声回波信号奇异点提取的影响,优化出适合薄层厚度测量的小波变换基函数和分析尺度范围。检测试验表明,基于小波变换奇异点提取的电磁超声技术可以很好地实现薄液体厚度测量。 展开更多
关键词 机械结构 液体层 厚度测量 电磁超声传感器 小波变换 奇异点
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基于激光测振仪的兰姆波离面和面内位移检测 被引量:16
17
作者 何存富 郑阳 +1 位作者 周进节 吴斌 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期6-11,共6页
激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可... 激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可以测量结构中弹性波原始的离面和面内位移,且测量不受带宽的限制,因而是进行超声导波传感器激励模态测定和频响特性测量的理想方法之一。采用此种方法对一种周向一致激励兰姆波的EMAT进行测试,结果表明,此传感器在150~210 kHz的范围内能激励产生出单一S0模态兰姆波,在50~150 kHz范围内,A0模态与S0模态共存。利用激光测振仪检测离面和面内位移的方法,是进行传感器评估和兰姆波接收的有效方法,在超声导波的非接触测量、高温波导体检测及弹性波传播3D可视化方面也有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 激光测振仪 兰姆波 离面位移 面内位移 电磁声传感器
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基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化 被引量:26
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作者 孙斐然 孙振国 +1 位作者 张文增 陈强 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期12-21,共10页
电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)是电磁超声检测技术的核心部件,具有非接触、不受工作环境影响、易于激发多种类型的超声波等优点。但与传统的压电式超声换能器相比,电磁超声发射换能器的换能效率较低,导致... 电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)是电磁超声检测技术的核心部件,具有非接触、不受工作环境影响、易于激发多种类型的超声波等优点。但与传统的压电式超声换能器相比,电磁超声发射换能器的换能效率较低,导致超声回波信号较弱,检测结果不理想。现阶段,在完善对EMAT建模分析的基础上,通过对换能器参数的优化和结构的改进设计以及与其他新技术相结合的方式,EMAT的换能效率已经有了明显的提高,但仍存在解析、半解析建模方法不完整,数值建模方法计算时间长,以及换能效率仍然不够理想等问题。对此,综述近十几年来基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的数学建模方法,包括解析法、数值法和半解析法,给出较为完整的耦合方程和建模过程。并在此基础上,分析了偏置磁场、激励线圈、提离距离等参数对换能效率的影响规律以及换能器的优化设计方法,为今后电磁超声换能器的模型完善和改进提高提供参考。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 换能效率 建模 优化设计 偏置磁场 激励线圈 提离效应
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电磁超声换能器三维有限元分析及优化设计 被引量:44
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作者 王淑娟 康磊 +1 位作者 李智超 翟国富 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第30期123-128,共6页
电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)设计理论的不足严重限制了电磁超声检测技术的进一步发展。为了从根本上解决该问题,对用于铝板表面检测的电磁超声表面波换能器进行了三维有限元建模和仿真分析,发现换能器的... 电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)设计理论的不足严重限制了电磁超声检测技术的进一步发展。为了从根本上解决该问题,对用于铝板表面检测的电磁超声表面波换能器进行了三维有限元建模和仿真分析,发现换能器的几何参数对EMAT的换能效率具有重要影响。为此,在所建模型基础上,利用正交试验设计方法选取了影响换能效率的关键参数,确定EMAT设计的基本准则,并依次对EMAT线圈和永磁体进行了优化设计。实验表明,优化后的电磁超声信号幅值增长为优化前的2.99倍,在三维有限元模型基础上利用正交试验设计方法能够有效地对EMAT进行优化设计。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 三维有限元分析 优化设计 正交试验设计 关键参数
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电磁超声换能器新型线圈阻抗及匹配电容的计算 被引量:15
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作者 郝宽胜 黄松岭 +1 位作者 赵伟 王珅 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期845-849,共5页
为提高电磁超声换能器(EMAT)的换能效率及信噪比,研究了EMAT线圈阻抗匹配的方法。考虑到检测材料属性、线圈提离以及线圈在高频激励下的集肤和邻近效应等因素会影响线圈的阻抗大小,线圈的分布电容也会对线圈的匹配产生影响,针对EMAT线... 为提高电磁超声换能器(EMAT)的换能效率及信噪比,研究了EMAT线圈阻抗匹配的方法。考虑到检测材料属性、线圈提离以及线圈在高频激励下的集肤和邻近效应等因素会影响线圈的阻抗大小,线圈的分布电容也会对线圈的匹配产生影响,针对EMAT线圈的等效电路,采用有限元方法计算了不同提离情况下的线圈阻抗和分布电容,以此为基础,对线圈的匹配电容进行了计算,并通过实验验证了计算方法和结果的正确性。计算和实验结果表明,线圈电阻随提离增大而减小,线圈电感随提离增大而增大,线圈分布电容随提离增大而减小,变化规律均符合指数规律。 展开更多
关键词 电磁超声换能器(emat) 线圈阻抗 匹配电容 有限元法 提离
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