张 金,赵 亮,石文泽,王 鑫,董子华

(1.陆军炮兵防空兵学院,合肥 230031;2.南昌航空大学,南昌 330063)

电磁超声换能器作为一种新型超声检测换能器,基于电磁耦合的原理在物体内部形成超声波,因此检测时无需对被测试样表面进行预处理和涂抹耦合剂,检测温度最高可达1 000 ℃,是无损检测领域中发展迅速且较前沿的技术[1-2]。然而,电磁超声检测也存在一些不容忽视的缺点,如换能效率低、接收回波信号小、信噪比低、易受环境噪声干扰等。因此如何通过EMAT参数优化设计、电磁超声激励/接收电路设计以及信号处理和降噪算法来提高EMAT的换能效率和信噪比是当前研究的热点问题之一。

在EMAT多物理场建模方面,Jafari Shapoorabadi等[3]提出了考虑EMAT线圈之间的集肤效应和邻近效应源电流密度的完整方程,并利用有限元方法改进EMAT换能过程,使之具有更好的稳定性和收敛性。孙斐然等[4]综合近年来关于洛伦兹力机制的电磁超声换能器的的数学建模方法,给出较完整的耦合方程和建模过程,并分析偏置磁场、激励线圈等参数对换能效率的影响。翟国富等[5]通过将圆柱永磁体等效为电流环,建立螺旋线圈EMAT完整解析模型,得到了关于涡流、磁场、力场和线圈阻抗的表达式。

在EMAT参数优化设计方面,Mirkhani等[6]研究了基于洛伦兹力的EMAT中永磁体尺寸的影响规律,研究发现当磁铁宽度约为跑道线圈宽度的1.2倍时,激励EMAT所对应的超声波幅值可以提高10%以上。Jia Xiaojun等[7]提出改进的双螺旋线圈EMAT结构,与传统线圈相比,新型的双层线圈的产生的激励信号比传统结构提高了2倍。……