Page 101 - 无损检测2023年第十一期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202311012

基于偏置磁场 EMAT 表面波换能器

效率的分析

张义涛 , 程树云 , 陆铭慧 , 朱 颖 , 胡 克 , 戴昱辉 3
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( 1. 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016 ;
2. 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063 ;

3. 凌云科技集团有限责任公司, 武汉 430040 )

摘 要: 为提高常规 EMAT ( 电磁超声) 换能器效率, 设计一种新型偏置磁场 EMAT 换能器。
利用有限元软件建立 EMAT 激励表面波的二维仿真模型, 对比分析常规和偏置 EMAT 对激励表
面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、 磁铁宽度、 线圈高度、 线圈宽度和线圈提离对偏置
EMAT 激励表面波的影响规律, 并通过试验验证了其准确性, 此外还研究了偏置磁铁对接收
EMAT 的影响。结果表明, 偏置 EMAT 换能器激励的表面波幅值比常规 EMAT 的提高了51% ,
并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题, 采用偏置 EMAT 接收的信号幅值比常规
EMAT 的提高了38% , 偏置 EMAT 能有效提高检测灵敏度。

关键词: 表面波电磁超声换能器; 正交试验; 换能效率; 优化设计

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 11-0059-08

Anal y sisofefficienc y ofEMATsurfacewavetransducerbasedonbiasma g neticfield

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ZHANGYitao , CHENGShu y un , LUMin g hui , ZHUYin g HUKe , DAIYuhui
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,

( 1.Colle g eofMechanical& ElectricalEn g ineerin g , Nan j in gUniversit y ofAeronauticsandAstronautics ,

Nan j in g 210016 , China ; 2.Ke yLaborator y ofNondestructiveTestin gTechnolo gy ,

Ministr y ofEducation , Nanchan gUniversit y ofAeronautics , Nanchan g 330063 , China ;

3.Lin gy unTechnolo gyGrou pCo. , Ltd. , Wuhan430040 , China )

Abstract : Inordertoim p rovetheconversionefficienc y oftheconventionalElectroma g neticAcousticTransducer

( EMAT ) surfacewavetransducer , thisp a p er p ro p osesanewt yp eofbiasedma g neticfieldEMATtransducer.A

two-dimensionalsimulationmodelofEMATexcitedsurfacewaveisestablishedusin gfiniteelementsoftwareto

com p areandanal y zetheinfluenceofconventionalandbiasedEMATontheexcitedsurfacewave.Finall y , an

ortho g onalex p erimentisdesi g nedtostud y theinfluenceofma g nethei g ht , ma g netwidth , linehei g ht , linewidth ,

andcoilliftontheexcitedsurfacewaveofthebiasedEMAT.Theaccurac yoftheortho g onalex p erimentwas

verifiedb y ex p eriment.Inaddition , theinfluenceofbiasedma g netonthereceivin gEMATwasalsostudied.The

researchresultsshowedthattheam p litudeoftheexcitedsurfacewaveofthebiasedEMATwas51% hi g herthan

thatoftheconventionalEMAT , andthis methoddoesnotcause mainfre q uenc ybifurcationdistortioninthe

fre q uenc y domaininformation.Theam p litudeofthereceivin g si g nalusin g thebiasedEMATwas38%hi g herthan

thatoftheconventionalEMAT , andthebiasedEMATcaneffectivel y im p rovethedetectionsensitivit y .

Ke ywords : surfacewaveEMAT ; ortho g onalex p eriment ; transductionefficienc y ; o p timizationdesi g n
电磁超声表面波换能器通过电磁耦合在工件表
收稿日期: 2023-03-02
作者简介: 张义涛( 1982- ), 男, 博士研究生, 高级工程师, 主要
面产生表面波, 相较于压电超声, 电磁超声具有非接
研究方向为机械工程
触, 对工件表面工况要求较低等优点, 但是电磁超声
通信作者: 程树云, 2278534418@ qq .com
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2023年 第45卷 第11期
无损检测