Page 70 - 无损检测2022年第五期

陈一博,等:
多通道体导一体电磁超声换能器的优化设计

磁铁厚度、 轭铁厚度、 磁铁提离值和磁铁间距变化对 小的趋势。磁铁厚度在 30 mm 时磁场强度达到最

工件表面磁通密度分布的影响规律, 对这些参数进 大值, 轭铁厚度在 25 mm 时磁场强度达到最大值,
行了仿真分析。对以上 4 个影响因素各自选取 4 组 磁铁间距在 50 mm 时磁场强度达到最大值。而随

参数进行分析, 具体参数选取结果如表 2 所示。 着磁铁提离值增加, 磁场强度整体呈下降趋势, 考虑
表 2 具体参数选取结果 mm 到实际应用的限制, 最终选择磁铁厚度为 30 mm 、

磁铁厚度 轭铁厚度 磁铁提离距离 磁铁间距 轭铁厚度为 25mm 、 提离值为 5mm 、 永磁铁间距为

50mm 进行试验验证。
20 5 0 30
30 15 5 40
3 试验研究与分析
40 25 10 50
50 35 15 60
为了验证仿真模型分析的正确性, 搭建了超声
依据表 2 中的参数进行仿真分析, 选取钢板近
信号检测平台, 设计了基于不同磁铁结构的换能器
表面磁场 强 度 最 大 值 作 为 分 析 指 标, 结 果 如 图 6
测厚和导波接收信号对比试验。试验系统如图 7 所
所示。
示, 包括 RPR-4000-SNAP 型超声检测器、 示波器、

体导 一 体 EMAT 换 能 器 和 尺 寸 为 450 mm ×
450mm×9mm ( 长 × 宽 × 厚) 的钢板。信号发生器

输出信号为toneburst脉冲信号。

图 7 超声检测试验系统
3.1 测厚试验分析
测厚试验中, 线圈激励脉冲周期为 1 、 频率 为

1.4MHz 、 激励电压为 350V , 信号处理部分高通滤
波为 1.6MHz 、 低通滤波为 800kHz , 使用充磁相同

的磁铁块。单极型磁铁和组合型磁铁的接收信号波
形如图 8 所示。
提取图 8 中回波信号的幅值与噪声幅值最大值
来比较局部信噪比, 图 8 ( a ) 波 形 的 局 部 信 噪 比 为

9.9dB , 图 8 ( b ) 波形的局部信噪比为 11.9dB , 组合
型磁铁结构换能器局部信噪比提升了 20% 。由此
可知, 组合型磁铁在测厚 EMAT 换能器中的效果
要优于传统的单极型磁铁。
3.2 导波试验分析
导波试验中, 导波线圈激励脉冲周期为 9 、 频率

为0.5MHz 、 激励电压为 350V , 信号处理部分高通

滤波为 200kHz 、 低通滤波为 800kHz , 使用充磁相
图 6 EMAT 参数对磁场强度的影响 同的磁铁块。 U 型磁铁和组合型磁铁的接收信号
由图 6 可知, 随着磁铁厚度、 轭铁厚度和磁铁间 波形如图 9 所示。
距的增加, 组合型磁铁的磁场强度都有先增大后减 由图9 可知, 组合型磁铁 EMAT 换能器前3 个
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2022 年 第 44 卷 第 5 期

无损检测