电磁超声换能器的研究进展综述

电磁超声换能器是一种新型的超声波发射接收装置。因为无需与被测物接触，EMAT将传统的超声无损检测技术扩展到了高温、高速和在线检测中；同时，由于能够省略对被测物表面较为繁琐的预处理工作，EMAT显著提高了检测效率。目前，在充分发挥电磁超声自身优势的基础上，通过与其他新技术相结合、并应用多种新的建模和信号处理方法，EMAT的功能已变得日益强大。以近十几年的文献为基础，从EMAT装置的设计与优化、EMAT模型的建立、EMAT接收信号的处理、电磁超声技术的工程应用几方面对EMAT的研究现状和最新发展进行了综述。     

电磁超声及其应用

本文从电磁超声换能器的理论入手，说明电磁超声的原理，通过电磁超声换能器的波模不同组合，进一步阐明电磁超声技术的特点和优越性，同时介绍了电磁超声在无损检测中的应用情况以及长春试验机研究所研制的ＣＳＳ－１３３高温电磁声测厚仪。     

周向一致兰姆波电磁超声换能器设计与实现

针对板结构大范围健康检测问题,进行了周向一致兰姆波电磁超声换能器研制。基于电磁超声检测原理,建立板中周向一致兰姆波EMAT的理论模型,推导出换能器接收电压及等效灵敏度表达式。基于换能器结构参数与等效灵敏度关系,设计制作了7种类型的周向一致电磁兰姆波换能器,并进行了换能器阻抗匹配设计。通过实验和理论分析表明,设计的EMAT能有效激励单一模态S0兰姆波,对特定波长的兰姆波具有选择性,且其实测换能器中心频率与设计值能很好吻合。同时,在同一频率下,实验测得不同内外径比的换能器其灵敏度分布与理论曲线能很好吻合。检测实验证明,设计的换能器能在其周围360°方向具有很好的一致性,为后续板结构换能器阵列奠定了基础。     

电磁超声兰姆波的无损探伤技术

针对金属薄板的缺陷检测问题,进行了电磁超声兰姆波无损探伤技术的研究。基于兰姆波的频散特性,推导出了兰姆波各模式相(群)速度关于线圈间距、频厚积及激励频率的表达式,确定了电磁超声换能器的结构参数。设计了一种DDS与FPGA相结合,产生串码、频率可调的脉冲激励信号串发生电路,利用H桥放大电路对激励信号进行了升压处理,并对激励线圈进行了阻抗匹配。试验结论表明:永磁铁与激励线圈的不同组合形式可以分别在铁磁性和非铁磁性金属薄板中激发出兰姆波。研制的功率放大电路及信号处理电路能够在金属薄板中激发出高性能的兰姆波并实现稳定接收,具有较高的信噪比,能够实现对金属薄板的无损探伤。     

基于电磁超声换能器阵列的管道螺旋导波传播规律研究

螺旋导波因在管道超声导波层析成像中的巨大应用价值,近年来受到研究者们的重视。阐述管道螺旋导波的激发/接收条件、传播路径和波前形状等规律。建立FE模型,研究由圆环波前S₀模态兰姆波在管道上形成螺旋导波的过程。组建了双环24阵元的电磁超声换能器阵列及试验系统,170 kHz下激发圆环波前S₀模态兰姆波在管道中产生螺旋导波,试验研究了激励源所在圆周及管段上的波动场信号特征。仿真和试验结果表明,管道螺旋导波实质上是兰姆波在曲面上的传播形态,可由管道某处点源激发兰姆波产生,主要存在于波动场的近场。由于管道结构的封闭性,兰姆波的波前在管道上反复交叉前行,形成了螺旋传播路径。从波源到管道上任意一点的螺旋导波传播路径有无数条,各阶螺旋角不连续。利用螺旋导波进行管段检测提供了缺陷的多角度入射信息,对缺陷高分辨率检测具有重要意义。     

静态偏置磁场对电磁超声换能器灵敏度的影响

电磁超声换能器(Electromagnetic acoustictransducer,EMAT)灵敏度低,其静态偏置磁场是影响EMAT灵敏度的关键因素.为提高EMAT的灵敏度,利用有限元软件ANSYS计算EMAT中永磁体产生的磁感应强度,得到磁感应强度的分布规律,并结合试验方法获得永磁体的优化结构参数,以指导EMAT结构的优化设计.研究结果表明,当永磁体与线圈的间距减小时,超声振动回波幅值增大,但对线圈干扰加大,在两者之间取折中能够得到较高信噪比的回波信号;永磁体厚度对换能器灵敏度产生严重影响,当厚度增大,磁感应强度增强,但趋势逐渐变缓.聚磁板的应用有利于集中磁感应强度,提高回波信号的信噪比.     

电磁超声技术在无损检测中的应用

一、概述随着工业的发展,人们对运行中的物体实施检测的期望越来越高,在役检测是在不停机、不拆卸的情况下实施检测,可以减少停机时间,(停机则意味着利润的流失),同时可以预防某些意外事故的发生。由于在役无损检测是一门新兴的、多领域的综合性学科,到目前为止国内外成     

一种气垫式电磁超声探头的研究

针对接触式电磁超声探头磨损严重的问题，提出了一种气垫式电磁超声探头，这种探头具有无磨损、可在高温场合下工作等优点。理论分析及计算结果表明，气垫式电磁超声探头可以实现气膜厚度在0.1—0．3mm范围内探伤的要求。     

基于FPGA的电磁超声测厚仪

为了改善测厚系统抗干扰能力、降低系统复杂度、提高测量效率,研制了一种基于FPGA的电磁超声测厚仪。设计了基于FPGA的回波信号处理模块,实现了电磁超声回波信号的实时处理;采用SOPC技术,增强了软件灵活性,简化了系统硬件电路。实验结果表明:该测厚仪具有无需声耦合剂、抗干扰能力强、检测效率较高等特点,分辨力可达0.1 mm.     

基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法

为了有效利用电磁超声中的脉冲涡流信号,实现电磁超声、脉冲涡流检测方法对缺陷检测的优缺互补,提出了一种基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法,并结合数值仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

湿度传感器复阻抗测量方法的研究

高分子电阻型湿度传感器是一种有着广泛应用前景的新型湿度传感器,在研究过程中,对于其关键特性－复阻抗的测量一直缺乏一直行之有效的方法,提出了一套有效的阻抗测量方法,并在实际使用过程中收到了很好的效果,特别是对于传感器低湿情况下高阻抗的测量,效果尤为明显。     

基于电涡流传感器的转速测量方法研究

研究了一种利用电涡流传感器和PCI-9118DG数据采集卡测量转速的方法。该方法利用电涡流传感器测量转子测速圆盘上均匀分布小孔产生的周期信号，再对测量信号进行Bunerworth低通滤波处理，然后进行0、1转换，得到一系列脉冲信号，便于对信号周期数进行计数。由于采样时间可通过采样频率和采样点数计算得到，因而可根据这一时间间隔内信号的周期数来计算转速。中文详细论述了该方法的硬件组成、测量原理和软件实现，分析了该方法的误差来源以及相应的改进措施，在小型转子试验台的测量结果表明，该方法在测量平稳转速时，准确度高，简单实用。     

微波自动测量线系统与阻抗参数的CAT

根据手动测量的原理，将传统的微波测量线系统进行智能化、自动化和数字化改造，成为由PC机控制，自动测量，数据采集和处理、结果显示的微波CAT（Computer Aided Test）系统，并在此基础上实现了阻抗参数的CAT。     

基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化

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。     

Applications of electromagnetic acoustic transducers in the NDE of non-conducting composite materials

An electromagnetic acoustic transducers (EMAT) can usually generate or detect an ultrasonic wave in an electrically conducting material across a small gap. The transducer is a unique ultrasonic EMAT probe that does not require a couplant or gel. Therefore it can be applied in a noncontact mode with a high degree of reproducibility. Shear waves and Lamb waves can be easily generated with EMATs in single-sided access. However, the application of EMAT has been limited to electrically conducting materials. In this work, EMAT was applied to the inspection of nonconducting composites by adhering a removable aluminum foil tape on the part surface. Ultrasonic waves generated in the aluminum layer by the EMAT readily propagated into the nonconducting composite. The reversed process was used in the reception of ultrasonic waves by EMAT. For composites that contained surface metallizations (e. g., metal foil or mesh) for lightning protection and electromagnetic interference (EMI) purposes, EMAT probes were placed directly on the composite surface. Finally, EMAT-generated, normal-incidence shear waves were used for the inspection of “green” laminates before curing to detect errors in ply orientation and layup sequence. This study was supported by the Center for Nondestructive Evaluation at Iowa State University, 1A, U. S. A. and by the Factory Automation Research Center for Parts of Vehicles (FACPOV) in Chosun University, Kwangju, Korea, designated by KOSEF     

周向导波电磁超声探头(EMAT)设计与优化

为了利用SH0模超声周向导波检测油气管道纵向裂纹,提出了一种新的周向导波电磁超声探头(EMAT)结构设计,其结构特点是磁铁顶部放置碳钢片,相邻磁铁之间放置非磁性材料片.为了提高周向导波EMAT的换能效率,采用ANSYS仿真对其结构参数进行了优化.优化的结果为:磁铁顶部应放置厚度大于1mm的碳钢片,线圈中导线间距要尽量小.在直径200 mm壁厚、4mm的管材上进行实验,结果表明,优化设计后的探头能有效地激励出周向SH0导波.     

巨应力阻抗效应测量系统的设计研究

根据巨应力阻抗效应的检测原理以及巨应力阻抗材料应变因子的定义,对其检测系统的结构和工作原理进行了设计研究.重点设计了张力加载装置,并提出了消除测量样品安装误差的解决方案.     

对测量仪器"示值重复性"评定方法的探讨

“示值重复性”是某些测量仪器的重要精度参数之一 ,它反映测量仪器在同一条件下的随机变化。对不同的测量仪器 ,这一参数具有完全相同的统计学含义。但目前尚未对示值重复性给出一个统一的规范化的评定方法 ,不同的测量仪器的检定规程或标准给出了不同的评定方法 ,因而所作的评定具有很大的随意性。为使示值重复性评定具有一致性和可比性 ,并在测量使用中引用这一参数合成不确定度时具有确定一致的可信度 ,应将示值重复性这一参数视为不确定度分量进行分析和估计 ,给出规范的统一的评定方法。根据统计学原理和有关法规文件 ,将示值重复性作为统计方法估计的 A类分量评定 ,即由测量仪器重复测量数据用 Beseel公式计算标准差 ,按 t分布给出扩展不确定度 ,并给出相应的置信概率和自由度。     

车身焊装生产线状态诊断中的三坐标测量

车身焊装生产线状态诊断对提高车身焊装质量和确定故障部位非常重要，而其中的难点就是检测过程中车身焊装生产线坐标系的建立。本文针对国内某型轿车焊装生产线，讨论了接力法、平移法和面延伸等在复杂空间和测量机量程限制情况下的应用，介绍了平移高度规及基准限位 规等辅助工具的原理及使用。