《电磁超声检测技术》PPT课件

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1、电磁超声检测技术1电磁超声的基本原理2电磁超声机理的研究3电磁超声数学模型的建立4电磁超声的数值模拟一、电磁铁表态磁场的仿真二、脉冲涡流的分布三、洛仑兹力的分布四、在洛仑兹力作用下超声的产生和在介质中的传播五、EMAT接线器对电磁超声的检测5EMAT探头的设计一、线圈的设计Lamb波、纵波、横波、表面波二、线圈制作三、磁铁的设计与制作6EMAT电路系统7应用实例：一、探伤，二、测厚，三、非接触应力测量8研究展望电磁超声检测技术电磁超声检测的特点：(1)电磁超声借助电磁场作为发送和接收超声波的介质，所以不需要油、水之类的耦合剂；(2)通过改变磁铁的结构和形

2、状，改变信号发射和接收线圈的排列方式，就可以分别产生纵波、横波和表面波等不同模式的波，特别是SH波；(3)可对高温物体和表面有锈垢及油漆层的物体直接检测，因而可减轻工作量，节约能源。EMAT甚至能检测750℃的高温物体，常规超声无法做到；(4)由于不需要耦合剂，不存在接触压力变化问题，探伤灵敏变稳定；(5)不能用于非金属检测。1电磁超声检测技术-基本原理处于交变磁场的金属导体，其内部将产生涡流；同时任何电流在磁场中都受到力的作用，而金属介质在交变应力的作用下将产生应力波，频率在超声波范围内的应力波即为超声波。如果把表面放有交变电流的金属导体放在一个固定的

3、磁场内，则在金属的涡流透入深度σ内的质点将承受交变力。该力使透入深度σ内的质点产生振动，致使在金属中产生超声波。与此相反，由于此效应呈现可逆性。返回声压使质点的振动在磁场作用下也会使涡流线圈两端的电压发生变化，因此可以通过接收装置进行接收并放大显示。我们把用这种方法激发和接收的超声波称为电磁超声。在这种方法中，换能器己不单单是通用交变电流的涡流线圈以及外部固定磁场的组合体，金属表面也是换能器的一个重要组成部分，电和声的转换是靠金属表面来完成的。电磁超声只能在导电介质上产生，因此电磁超声只能在导电介质上获得应用。1电磁超声检测技术-基本原理1电磁超声检测技

4、术-基本原理涡流线圈贴于金属表面，磁铁如图放置，此时金属内的磁力线平行干金属表面。当线圈内通过高频电流时，将在金属表面感应出涡流，且涡流平面与磁力线平行，在磁场作用下，涡流上将受一个力的作用。某一时刻的方向如图所示方向向上，半个周期后将受一个向下的力，这样，质点受交变力的作用，因此在作用力方向上产生一个弹性波。由干振动方向和波的传播方向一致，此波为超声纵波。纵波的激发和接收1电磁超声检测技术-基本原理磁力线垂直于金属表面，当贴附于金属表面的涡流线圈通以交变电流时。将在金属表面感应出涡流，在外磁场作用下，涡流受力方向平行于金属表面。某一时刻的方向如图所示。

5、方向向右，半个周期后质点将受一个向左的力。这样，质点在交变力的作用下产生一个与作用力方向相垂直的弹性波。横波的激发和接收2电磁超声检测技术-机理研究非铁磁性导电体空气或1基本机理-非铁磁性导电体渗透深度电涡流密度洛仑兹力密度2电磁超声检测技术-机理研究1基本机理-铁磁性导体洛仑兹力磁致伸缩力磁性力2电磁超声检测技术-机理研究1基本机理-铁磁性导体(1)径向偏振剪切波束螺线形EMAT，产生垂直于表面法向传播的径向剪切波，如图5(a)所示。(2)纵向剪切偏振波束切向场EMAT，激励沿表面法向传播的平面偏振纵波，如图5(b)所示。(3)平面剪切偏振波束法向场E

6、MAT，激励沿表面法向传播的平面偏振剪切波，如图5(c)所示。(4)纵向或垂直偏振剪切波束曲折线圈EMAT，激励斜向纵波或垂直偏振剪切波，瑞利波或制导模式板波，如图5(d)所示。(5)以倾斜角传播的水平偏振剪切波速束间歇式永久磁铁EMAT，激励斜向传播，水平偏振剪切波或制导型水平偏振剪切波波，如图5(e)所示。2电磁超声检测技术-机理研究2电磁超声的等效模型在发射端，信号中的电缆中的电压、电流分别为当探头阻抗与线缆阻抗相匹配时在接头端电压透射系数2电磁超声检测技术-机理研究根据机电互易关系，若为无缺陷时透压系数，为有缺陷时电压透射系数，则P为信号发生器的

7、电功率若缺陷是一个裂纹，由于材料表面应力的消失，可采取更简洁的形式，若裂纹的开口无限小，可选择恰好包含该裂纹，则有2电磁超声检测技术-机理研究当忽略电路的串扰时，(在脉冲反射测量中，可采用相位技术去除由此可得：可采用时间门槛技术去除。2电磁超声检测技术-机理研究3电磁超声检测技术-数学模型1基本方程在EMAT系统中，检测材料(铁磁材料或非铁磁材料)被一个静态磁场和一个动态磁场所磁化。动态磁场的频率很高，幅值很小麦克斯韦方程组的微分形式3电磁超声检测技术-数学模型在电磁超声换能器中，对于实际线圈阵列的典型激发电流频率很少超过几兆赫兹，因而对于时间的求导项可

8、以忽略，同时假设没有体电荷密度存在。则式子(6-3)和(6-5)可以简化为:根据