Page 67 - 无损检测2023年第六期

李素军:
电磁超声传感器的检测灵敏度优化

统激励接收性能上, 对电磁超声探头优化改进的研 平底孔缺陷( F1 , F2 , F3 , F4 ) 的埋深均为18mm , 直径

究则相对较少。 SUCHKOV 等 [ 1 ] 使用改进的电磁 分别为2 , 3 , 4 , 5mm , 同时为方便检测路径设置, 各孔

超声设备检出了钢轨上等效尺寸为1mm 圆盘反射 排列于同一直线上, 间隔均为20mm 。

体, 并指出其在低声衰减材料中具有更高的灵敏度。 表1 电磁超声传感器仿真参数
梁慧敏等 [ 2 ] 研制的电磁超声装置在铝合金检测中, 线圈外径 / mm 剩磁 激励频率 / MHz

可检出 ϕ 1.2mm 的平底孔。齐英豪 [ 3 ] 通过提高发 18.25 磁场沿z 轴负向, 1.5T 3.5
射电压和优化阻抗匹配方式提高了回波信号的强 14.25 磁场沿z 轴负向, 1.5T 3.5
度。黄凤英等 [ 4 ] 通过聚磁板集中了磁感应强度, 提 10 磁场沿z 轴负向, 1.5T 3.5
高了横波电磁超声检测灵敏度。电磁超声设备的改 10 磁场沿z 轴负向, 1.5T 5
10 磁场沿z 轴负向, 1.5T 6
进有助于电磁超声直入射检测灵敏度的提高, 但设
18.25 磁场沿z 轴负向, 1.5T 6
备的改进只是改善了激励接收性能, 而对于检测声
场的分布并无明显影响。提高偏置磁场强度一定程 1.2 线圈外径对检测灵敏度的影响
度上能够增强底波幅值, 但无法直接证明其对提高 通过仿真计算可得到线圈外径不同时的检测结

检测灵敏度有良好效果, 并且这种方法对检测声场 果( 激励频率为3.5MHz )。线圈外径为18.25mm
的分布也无明显影响。探头检测声场与缺陷作用产 时不同尺寸平底孔的回波信号如图2所示; 线圈外

生回波, 回波信号中包含着探测区域的信息, 而缺陷 径为 14.25mm 时不同尺寸平底孔的回波信号如

信息能否被有效识别与探头辐射声场分布有重要关 图3所示; 线圈外径为10mm 时不同尺寸平底孔的
系。因此, 探头设计直接决定了检测声场对缺陷的 回波信号如图4所示。

发现能力( 即检测灵敏度), 但关于优化探头参数来 当线圈外径为 18.25mm 时, 可以看到各平底
提高检测灵敏度的报道较少。 孔均有微弱的成像显示; 从各孔正上方对应的回波
笔者分析了线圈外径及激励频率对电磁超声检 信号可以看出, 随着平底孔尺寸的增加, 缺陷信号相
测灵敏度的影响, 并设计了新的电磁超声传感器, 通
过试验验证了设计方案的可行性, 证实了优化传感

器的设计能够有效地提高检测灵敏度。
1 检测灵敏度影响因素分析

1.1 电磁超声检测三维模型的建立
采用CIVA 仿真软件对电磁超声检测进行仿真
分析, 模型由电磁超声传感器和带缺陷工件组成( 见

图1 )。仿真过程由两部分组成, 力源的产生在 CIVA
涡流模块中完成, 缺陷检测在 CIVA 超声模块中完
成。电磁超声传感器由环形线圈和方形磁铁组成, 磁

铁尺寸为22mm×22mm×20mm ( 长×宽×高), 具

体仿真参数如表1所示。被检工件尺寸为100mm×

100mm×20mm ( 长×宽×高), 材料为碳钢; 添加的

图1 电磁超声检测仿真模型 图2 线圈外径为18.25mm 时不同尺寸平底孔的检测结果
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2023年 第45卷 第6期
无损检测