Page 106 - 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

其频域信号如图13所示, 采用常规激励的表面波频
域信号会在主频上发生分叉畸变, 与仿真结果一致,
采用的磁铁越窄, 激励表面波的畸变越严重, 而采用
偏置磁铁的仿真不会产生信号畸变现象, 这会提高
EMAT 检测结果的可靠性。

图10 仿真得到的接收信号电压幅值

3 试验验证

3.1 偏置磁铁对 EMAT激励和接收表面波的影响
搭建的 EMAT 表面波试验系统的结构框图如
图11所示, 该系统采用 Ritec-SNAP-5000激励中心 图12 常规 EMAT 与偏置 EMAT 激励表面波的
频率为1MHz的正弦脉冲信号, 激励电流传输到阻 时域信号
抗匹配电路, 再经过低通滤波器, 将激励电流信号传
输至激励 EMAT 的曲折线圈, 从而激励表面波, 表
面波经测试工件被 PZT ( 压电陶瓷) 换能器接收, 换
能器将接收信号传输至高通滤波器和前置放大器,
再由前置放大器将信号传输至 Ritec-SNAP-5000
的接收端, 从而在示波器中显示接收信号。试验中
线圈采用双层四分裂式线圈柔性电路板, 共10匝线

圈, 其中单根线圈间距为 0.3mm , 匝线圈间距为

2.6mm ,线 圈 宽 度 为 0.15 mm ,线 圈 高 度

为0.035mm , 线圈总宽度为 24.55 mm 。 EMAT 图13 常规 EMAT 与偏置 EMAT 激励表面波的

激发换能器中磁铁宽度为25mm , 高度为30mm , 频域信号

激励信号中心频率为0.5MHz 。
基于文章搭建的试验测试平台, 研究磁铁偏置
量对 EAMT 换能器激励表面波幅值的影响规律。

从磁铁位于线圈正上方开始, 以2mm 为步进进行
移动, 试验结果如图14所示, 可见, 偏置 EMAT 激
励表面波幅值随磁铁偏置量先增大, 后减小, 当磁铁
一侧位于线圈中间部分时, 偏置 EMAT 的换能效
率最高。

( 2 )偏置磁铁对 EMAT 接收表面波的影响
将图 11 系 统 中 的 PZT 接 收 换 能 器 更 换 为
EMAT 接收换能器, 接收 EMAT 接收到的信号通
图11 试验系统结构框图
过阻抗匹配电路传输至前置放大器, 前置放大器将
( 1 )偏置磁铁对 EMAT 激励表面波的影响

接收信号放大后传输至 Ritec-SNAP-5000 的接收
常规 EMAT 和偏置 EMAT 激励表面波的接
端。接收 EMAT 线圈与前文的四分裂式激励线圈
收时域信号如图12所示, 可见偏置 EMAT 激励的

相同, 其中永磁铁长为 40mm , 高为 20mm , 宽为
表面波幅值比常规 EMAT 激励的表面波幅值提高
25mm 。
了51% , 即采用偏置磁铁方法能有效提高 EMAT
换能效率。对接收的时域信号进行傅里叶变换得到 试验结果如图15所示, 可见, 采用偏置 EMAT
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2023年 第45卷 第11期
无损检测