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金属板材在工业领域应用广泛,但难免存在缺陷,而超声无损检测技术可以有效地检测其缺陷,保证其质量。传统的单阵元超声换能器,声束控制能力差,检测效率低,而多阵元的相控阵超声换能器,易于控制声束的偏转、聚焦,检测效率高。但常用的压电超声相控阵技术依赖耦合剂,应用范围受限。电磁超声相控阵技术结合了电磁超声无需耦合剂和相控阵易于控制声束的优点,应用前景更广阔。但相控阵EMAT声场理论复杂、聚焦声场参数繁多、电磁超声相控阵装置设计难度大,导致电磁超声相控阵技术发展缓慢。针对以上问题,本文研究了相控阵EMAT聚焦声场,并设计了8通道聚焦型电磁超声相控阵换能器及检测系统。针对EMAT声场解析法精确表述难度大而数值法研究效率低的问题,提出基于单阵元EMAT声场近似解析解,计算相控阵EMAT的远场聚焦声场的方法。该方法对单阵元EMAT的有限元仿真声场结果进行函数拟合,得到其近似解析解。结合单阵元EMAT声场的解析解和相控阵远场聚焦延时法则,推导相控阵EMAT远场聚焦声场的声束指向性函数。理论分析阵元数目、阵元间距、偏转角度对声束指向性函数的影响,提出远场聚焦相控阵EMAT的参数设计方法。针对相控阵EMAT近场聚焦声场难以通过解析法近似的问题,提出基于相控阵EMAT近场聚焦有限元仿真模型的数值分析方法。该方法通过分析相控阵EMAT近场聚焦二维仿真模型,提取其聚焦声场特性的两个指标:轴向分辨力和径向分辨力。仿真分析关键参数(阵元数目、阵元间距、阵列孔径、阵元宽度、工作频率、偏转角度、聚焦位置)对相控阵EMAT近场聚焦的声束指向性函数、轴向分辨力和径向分辨力的影响,总结近场聚焦相控阵EMAT的参数设计方法。针对电磁超声相控阵装置设计难度大的问题,设计8通道电磁超声相控阵检测系统。设计高信号强度的相控阵EMAT,大功率相控阵发射电路,高增益、低噪声的可控接收电路,解决了电磁超声换能效率低、回波信号弱的问题。设计易于操作的上位机控制软件,克服了相控阵参数繁多、控制复杂的难点。搭建电磁超声相控阵实验平台,测试相控阵EMAT的聚焦声场分布,验证聚焦声场理论和仿真分析的正确性。利用实验平台对铝板底面2×2mm的槽缺陷和内部直径6mm的孔缺陷进行扇扫成像,验证其板材缺陷检测性能。利用子阵列合成相控阵技术,弥补检测系统通道数较少的不足,提高了相控阵EMAT的聚焦能力。