Page 105 - 无损检测2023年第十一期

张义涛, 等:

基于偏置磁场 EMAT 表面波换能器效率的分析

表3 正交试验结果 号位移幅值的影响如图9所示。由图9 ( a ) 可知, 接
收信号幅值与磁铁高度成正比, 当磁铁高度大于
磁铁 磁铁宽度 / 线圈 线圈 线圈
水平
高度 线圈宽度 高度 宽度 提离 40mm 后, 接收信号幅值增大变缓。由图 9 ( b ) 可
知, 接收信号幅值与磁铁宽度 / 线圈宽度成正比, 当
1 6.6 5.085 9.65 11.3 14.3
2 9.785 11.275 12.23 11 12.2
磁铁宽度大于1.4倍的线圈宽度后, 接收信号幅值
3 12.625 12.3 9.55 10.11 9.775
的增加也变缓。由图 9 ( c ) 可知接收信号幅值与线
4 13.0 12.675 9.775 8.125 7.775
极差 6.4 6.837 2.685 3.175 6.525 圈高度呈非线性关系。由图 9 ( d ) 可知接收信号幅
主次顺序 3 1 5 4 2 值与线圈宽度呈反比关系。由图 9 ( e ) 可知接收信
号幅值与线圈提离呈反比关系, 线圈提离越小, 偏置
磁铁高度、 磁铁宽度 / 线圈宽度、 曲折线圈高宽
和曲折线圈提离对偏置 EMAT 激励表面波接收信 EMAT 激励表面波幅值越大。

图9 磁铁高度、 磁铁宽度 / 线圈宽度、 曲折线圈高宽和曲折线圈提离对偏置 EMAT 激励表面波接收信号位移幅值的
影响正交试验
通过对正交试验结果分析可知, 5个因素的最 影响。共建立2组模型分别为偏置激励常规接收和

佳参数组合分别为磁铁高度为 50mm , 磁铁宽度 / 偏置激励偏置接收, 激励接收 EMAT 中的曲折线

线圈宽度为1.6mm 、 线圈高度为0.035mm , 线圈 圈均为四分裂式, 线圈高度为 0.035 mm , 宽度为

宽度为0.15mm , 线圈提离为0.1mm 。上述16组 0.15mm , 单 根 线 圈 间 距 为 0.3 mm , 匝 间 距 为

正交试验中没有最佳参数组合试验, 因此设计最佳 2.6mm , 线圈总宽度为24.55mm 。

组合参数试验并与预测结果比较, 并随机另外挑选 表4 正交试验预测与仿真结果分析 mm
两组上文中没有的组合试验, 将预测结果与仿真试 位移预 位移仿
磁铁 磁铁宽度 / 线圈 线圈 线圈
验结果相比较, 结果如表4所示, 可见最佳组合参数 组合 高度 线圈宽度 高度 宽度 提离 测值 / 真值 /
-8
-8
( 蕈 10 )( 蕈 10 )
仿真试验值与预测值误差仅为1.19% , 其余两组随
1 50 1.6 0.035 0.15 0.1 18.875 19.1
机试验的仿真值与预测值误差分别为 4.18% 和 2 30 1.0 0.035 0.25 0.3 5.74 5.5
3 20 1.4 0.055 0.25 0.1 8.725 8.9
2.0% , 可知正交试验的合理性。
2.4 接收 EMAT仿真分析 仿真结果如图10所示, 可见, 采用偏置磁铁方式
基于文章研究结果, 建立仿真模型研究常规接 也能有效提高接收信号幅值, 偏置 EMAT 接收信号
收 EMAT 和偏置接收 EMAT 对接收信号幅值的 幅值较常规 EMAT 接收信号幅值提高了49.7% 。
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2023年 第45卷 第11期
无损检测