Page 141 - 无损检测2021年第二期

院企风采

问题进行了研究。利用中心孔内壁作为超声信号的接收
面，提出了一种利用衍射纵波确定的双椭圆轨迹计算裂
纹位置和扩展深度的新方法。该方法通过在主轴端面和中
心孔位置处设置多个“传感器组合”来采集裂纹衍射波的
渡越时间，并形成包含衍射点的椭圆曲线，从而达到测量
裂纹尖端位置的目的。利用有限元方法建立了一激多收式
图 3 指向型磁集中器式电磁声换能器结构示意 检测模型，对 30 个不同位置、深度的裂纹进行了仿真研

在 Sensors and Actuators A: Physical 期刊上发 究。基于仿真结果，分析了影响裂纹量化精度的因素，并
表了题为 Development of a directional magnetic- 提出了提高裂纹评价精度的时间校准方法。为验证新方法
concentrator-type electromagnetic acoustic 实际的应用效果，在主轴试样上开展了试验研究。结果表
明，在长距离检测小裂纹时，裂纹量化的最大误差小于
transducer for ultrasonic guided wave inspection 的
论文。 5 mm。该研究为风机主轴表面开口横向裂纹的量化表征
提供了一种有效的检测方法。主轴表面横向裂纹尖端衍
(4) 电磁声传感器的磁声复合检测研究。为了提高电
射声波传播路径如图 5 所示，主轴试样中的裂纹检测结
磁超声测试的效率和鲁棒性，提出了针对铁磁性材料的磁
果如图 6 所示。
声复合检测方法。通过电磁声换能器的一次检测可同时获
得超声和脉冲涡流（PEC）信号。EMAT 利用磁致伸缩效
应和洛伦兹力机制的耦合所产生的超声波来检测铁磁性材
料。在保持模型几何形状和EMAT其他参数不变的条件下，
通过耦合不同的物理场，建立了 3 个 EMAT 仿真模型。
其中，横波可以由磁致伸缩力产生，纵波可以由洛伦兹力
产生。对仿真结果进行时频分析发现，超声波和 PEC 的
信号能量分布在不同的频率范围内。利用滤波器和时域信
号分离方法，可以从 EMAT 信号中分离出磁致伸缩力超
声波（MFUW）、洛伦兹力超声波（ LFUW）和 PEC 对 图 5 主轴表面横向裂纹尖端衍射声波传播路径示意
应的信号等成分。所提方法实现了一次 EMAT 检测即可
提取多个参数，提高了电磁超声传感器的检测能力。铁磁
性材料 EMAT 检测信号分离示意如图 4 所示。

（a）结果一 （b）结果二
图 6 主轴试样中的裂纹检测结果

在 Smart Materials and Structures 期刊上发
表了题为 Method for evaluation of surface crack
size of wind turbine main shaft by using ultrasonic

diffracted waves 的论文。
（a）分离前 （b）分离后
(6) 基于圆形贴片天线的应变全向检测技术。根据应
图 4 铁磁性材料 EMAT 检测信号分离示意 变花测量原理，确立贴片天线应变传感器对结构应变的全
在 IEEE Sensors Journal 期刊上发表了题为 向检测方法，即只需获取贴片天线 3 个角度上频率的变化
Numerical decoupling study of EMAT testing signal 值，便可确定结构的主应变大小及方向。建立了应变全向

for ferromagnetic materials 的论文。 检测系统（见图 7），并结合试验条件设计制作了拉伸试
(5) 基于超声衍射波的风机主轴表面裂纹量化方法的 件。在拉伸试件上表面的受力均匀区域黏贴微带贴片天线，
研究。对风力发电机主轴表面开口横向裂纹量化表征的 同时，在试件下表面的相同区域黏贴电阻应变片。在加载
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2021年 第43卷 第2 期
无损检测
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