论文部分内容阅读
作为超声导波检测技术的一种，电磁超声导波检测具有无需耦合剂、检测效率高、环境适应性强等优点。作为电磁超声技术的关键部件，电磁声换能器(Electromagnetic acoustic transducer，EMAT)得到广泛地关注，并随着相关技术的进步得到了快速地发展。本文以金属板为研究对象，分别基于洛伦兹力机理和磁致伸缩效应机理研制了多种类型的电磁声传感器，并通过在铝板上的试验对研制的传感器进行包括模态单一性、频率响应特性以及声场分布的性能测试。利用COMSOL Multiphysics仿真软件对EMAT及其关键组件进行建模，研究了电磁传感器结构参数对传感器性能的影响。 主要研究内容包括: (1)全向型A0模态EMAT的研制。为了提高全向型A0模态EMAT激励信号的能量，基于洛伦兹力机理，研制了一种新型的A0模态电磁声传感器，利用同心磁铁对代替传统的圆柱永磁铁，并通过试验测试传感器的各项性能。建立了A0模态EMAT的有限元仿真模型，并验证模型的正确性。基于仿真模型，对同心磁铁对的几何尺寸以及磁铁对与铝板之间的距离进行了仿真研究，得到永磁铁最优结构参数与线圈尺寸的线性关系。 (2)阵列式SH0模态磁致伸缩贴片型EMAT的研制。基于磁致伸缩效应，分别采用平面螺线管线圈阵列和柔性印刷电路，研制了两种磁致伸缩贴片传感器(Magnetostrictive Patch Transducer，MPT)。利用研制的MPT分别在铝板中激励出单一的SH0模态，并通过试验测试传感器的各项性能。为研究传感器声场的分布规律，通过仿真对传感器的偏置动静磁场分布进行仿真分析。结果表明传感器声场的指向性主要由传感器的永磁铁阵列和线圈阵列决定，传感器在360度方向上具有与阵列数相同个数的指向角。 (3)一种基于周期栅格线圈的SH0模态EMAT的研制。基于洛伦兹力机理，设计了一种周期栅格线圈，结合长方体永磁铁在铝板中激励出单一的SH0模态，并通过试验对传感器的性能进行测试。对该传感器永磁铁结构进行参数仿真并进行了分析，当永磁铁截面的稍大于线圈有效尺寸时为最优值。