应用于激光-EMAT高温探伤的换能器.pdf

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1、2014拄仪表技术与传感器2014第1O期InstrumentTechniqueandSensorNo．10应用于激光一EMAT高温探伤的换能器宋江峰，赵扬，马健，刘帅(山东省科学院激光研究所，山东济南250014)摘要：激光一EMAT混合激光超声检测系统中，由于EMAT换能效率低，随着到试样表面的距离增大信号成指数衰减，妨碍了激光超声技术的实际应用。前置放大器在保证信号不失真的情况下，通过增大前置放大器的倍数，寻求合理带宽，可以提高EMAT的信号输出质量。在EMAT内部线圈提离试样表面8mm的情况下，利用所设计的前置放大器，依旧能够接收到

2、100mV左右的缺陷信号。该信号的质量已经能够用于后期的信号处理与伤型的判断识别。关键词：激光超声；EMAT；提离距离；前置放大器；高增益中图分类号：TN721．1文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)10—0025—03DesignofTransducersforLaser-EMATHigh．temperatureFlawDetectionSONGJiang—feng，ZHAOYang，MAJian，LIUShuai(LaserInstituteofShandongAcademyofScience，Jinan250014，

3、China)Abstract：ThetransfereficiencyoflaserultrasonictransducerEMATisverylOWforlaser—EMATultrasonicdetectionsystem．andthesignalbecomesexponentialdecaywithincreasingdistancetothesurfaceofthesample．Itpreventsthelaserultrasonictech-nologyinpracticalapplication．Inthecaseofthesi

4、gnalhasnodistortion，pre—amplificationcircuitcanimprovethequalityoftheEMATtransducers’signalbyincreasingthemagnificationandfindingtheappropriatebandwidth．Usingthepre—amplificationcir—cult，EMATcanreceivethedefectsignalabout100mVincaseofdistanceof8mmtothesurfaceofthesample．Th

5、esignalqualitycanbeusedtoprocesssignalandrecognizeinjurytype．Keywords：laserultrasonic；EMAT；lift--ofdistance；preamplifier；high-—gain0引言1前置放大器的设计需要考虑的问题激光一电磁超声是一种混合式的激光超声检测技术，一方面1．1阻抗匹配问题利用激光同时激励出纵波、横波以及表面波，另一方面利用EMAT换能器EMAT内部的接收线圈是将两个回形线圈拼接到传感器接收超声波，既克服了传统激光超声受被检测材料表面状一起，组成

6、一个蝶形线圈，线圈的内阻约56Q，电感约156H。态限制的问题，又突破了EMAT提离距离小于2mln的限制。同如图1。这种线圈设计方法能有效抑制共模噪声，提高信噪比，时，与传统的压电探伤技术相比，最大的优势在于对试样的探测不提高信号的接收效率和检测灵敏度。为了使线圈接收的信号需要接触，不需要耦合剂，省去对试样涂抹油剂和对试样表面氧化更可能多地输入到前置放大器里，需要考虑线圈与前置放大器层处理的过程。这个优点能够将激光超声探伤技术的应用范围进的阻抗匹配问题。一步扩大，应用到一些极端环境下的探伤检测。换能器EMAT接收探头是激光超声探伤的核心部

7、件。它主要由3部分组成：接收超声波的线圈，产生强磁场的永磁体和前置放大器(前放)。EMAT探头作为整个激光超声探伤设备的核心部件，其设计质量直接关系到试样的探伤效果。前置放大器主要用来对EMAT探头接收的缺陷信号进行放大、滤波和预处理，是EMAT探头的重要组成部分。EMAT接收探头由于存在换能效率低，随着提离试样表面高度的增加信号幅度成指数衰减等缺点，在设计中，需要设计一个参数较为严格的前置放大器。当然，改变接收信号质量还有其他途径，比如增加图1EMAT探头内部接收线圈示意图1．2放大倍数选择EMAT探头线圈匝数、增强静态磁场等，但这些方法

8、较为复杂，EMAT探头的接收线圈接收到的信号强度满足公式：成本高，不方便，不灵活。U：kN／D。式中：为线圈输出的信号幅度；为系数；N为线圈匝数；D为线圈和试样之间的距离。基金项