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1、中国工业检验检测网www.industryinspection.comQQ：596705349第26卷第6期无损检测Vol.26No.62004年6月NDTJune2004综 述用于无损检测的电磁超声换能器研究进展张 勇,陈 强,孙振国,汤晓华(清华大学机械工程系,北京 100084)摘 要:电磁超声换能器(EMAT)是一种通过电磁耦合方法产生和接收超声波的换能器。由于EMAT具有非接触性、无需耦合剂等优点,受到广大无损检测与评估工作者的广泛关注。从物理原理出发,介绍了EMAT过程数学建模、装置设计以及工程应用等方面的研究现状,
2、并对其发展趋势作出了展望。关键词:电磁超声换能器;无损检测;数学模型;装置设计中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2004)0620275205DEVELOPMENTOFRESEARCHONELECTROMAGNETICACOUSTICTRANSDUCERFORNONDESTRUCTIVETESTINGZHANGYong,CHENQiang,SUNZhen2guo,TANGXiao2hua(DepartmentofMechanical,TsinghuaUniversity,Beiji
3、ng100084,China)Abstract:Anelectromagneticacoustictransducer(EMAT)canproduceandreceiveultrasonicwavesthoughelectromagneticcoupling.TheEMATischaracteristicofnon2contactandbeingneedingnocouplingmedium,soitisspeciallyconcernedbyresearchersonnondestructivetestingandevaluat
4、ion.ThephysicalprincipleofEMATwaspresented,andtheresearchstatusofmathematicsmodeling,equipmentdesignandengineeringapplicationsofEMATwereintroduced.中国工业检验检测网Keywords:Electromagneticacoustictransducer;Nondestructivetesting;Mathematicmodel;Equipmentdesign 电磁超声换能器(EMAT)是
5、一种新型的超声发射接收装置。由于电磁超声产生和接收的过程中具有换能器与媒质表面非接触、无需加入声耦合剂、重复性好、检测速度高等优点而受到广大无损检测与评估工作者的关注。EMAT一般可分为洛仑兹力式和磁致伸缩式两种。[1]洛仑兹力式EMAT的基本原理如图1所示。把通有高频电流的线圈放置在金属物体附近,金属物体内产生感应电流。如在同一时间施加一稳定磁图1 洛仑兹力式EMAT产生超声的原理图场,与涡流相互作用后产生交变洛仑兹力。金属原超声的类型、强弱、频率及传播方向等参数。同时也子在交变洛仑兹力的作用下产生往复振动,当振动可改变接收超声
6、EMAT的工作带宽等参数。以一定方式传播出去就可产生超声波。该过程的逆铁磁性材料中电磁超声的产生和接收一般通过效应过程就是利用EMAT接收超声的原理。通过改磁致伸缩原理来实现。当线圈中通过交变电流时,变外加偏转磁场的大小和方向、高频电流的大小和产生交变磁场。根据磁致伸缩原理,由于磁场的交频率、线圈的形状和尺寸可以控制EMAT产生变作用使磁性材料体积发生变化,从而形成材料内部的振动,并最终以声波形式将振动向外传播。收稿日期:2003211212目前,人们对EMAT的研究主要包括EMAT过·275·©1995-2004Tsinghua
7、TongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.中国工业检验检测网www.industryinspection.comQQ：596705349张 勇等:用于无损检测的电磁超声换能器研究进展程的数学建模、EMAT装置的设计和优化及EMAT的工程应用等几方面。1EMAT过程的数学建模EMAT的数学模型是对EMAT电磁超声产生和接收的物理过程的认知。准确的模型有利于对E2MAT过程的分析。同时,通过调整模型参数可改进对EMAT中国工业检验检测网换能器的设计,使其性能得到优化。前几年人们的试验和分
8、析主要是针对EMAT基图3 提离值h变化对洛仑兹力影响的仿真结果本机理的研究。许多理论研究都是直接针对电2机EMAT在实际测量中很少应用。首先,这种换能器械转换现象的定量理解。基本的控制方程和边界条的效率很低;其次,这种形式的线圈只能在导体中产件可
