点聚焦表面波EMAT声场特性及其试验
２０１８远东无损检测新技术论坛论文精选
一一
２０１８年第４０卷第１０期
收稿日期:２０１８-０７-０５
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１７０５２３１,５１２６５０４４,５１７０５２３２);江西省优势科技创新基金资助项目(２０１７１BCB２４００８)作者简介:陈巍巍(１９９５－),男,硕士研究生,主要从事电磁超声无损检测方法的研究
通信作者:石文泽,７０６５８＠nchu．edu．cn
DOI :１０．１１９７３/ws j c２０１８１０００４
点聚焦表面波EMAT 声场特性及其试验
陈巍巍,石文泽,陈一尧,陈一果,龙盛蓉,卢一超
(南昌航空大学无损检测教育部重点实验室,南昌３３００６３)
摘一要:针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT )
换能效率和信噪比低的问题,建立了点聚焦EMAT 的三维声场有限元模型,
通过瞬态和稳态分析,分析了激励频率二线圈匝数和导线长度对点聚焦EMAT 的声场聚焦特性以及缺陷回波特征的影响规律.搭建了０．５MHz 点聚焦EMAT 检测系统,用于铝板中不同直径的圆孔检测,并与传统的曲折线圈EMAT 进行对比.结果表明:采用点聚焦表面波EMAT ,可以极大程度地提高信噪比和缺陷检测能力.
关键词:点聚焦表面波;电磁超声;声场特性;信噪比
一一中图分类号:TG１１５．２８一一一文献标志码:A一一一文章编号:１０００-６６５６(２０１８)１０-００１６-０６
Sound Field Characteristics of a Focused Ra y lei g h Wave EMAT and Its Ex p erimental Research
CHEN Weiwei ,SHI Wenze ,CHEN Yao ,CHEN Guo ,LONG Shen g ron g ,LU Chao (Ke y Laborator y of Nondestructive T estin g ,Ministr y of Education ,Nanchan g Han g kon g Universit y ,Nanchan g ３３００６３,China )
Abstract :The conversion efficienc y of a meander coil EMAT is extremel y low．In order to solve the p roblem ,a
three -dimensional finite element model for the sound field of a focused Ra y lei g h wave EMAT was established．Based
on the transient and stead y -state anal y sis ,effects of excitation fre q uenc y ,coil turns and len g th of the coil conductor on focusin g characteristics and reflection echoes of defects were discussed．A ０．５MHz p oint -focused surface wave EMAT was develo p ed to detect holes of various diameters in aluminum ,and it was also com p ared to a traditional meander coil EMAT．Result shows that si g nal -to -noise ratio (SNR )and flaw detectabilit y can be g reatl y enhanced
b y a p oint -focused Ra y lei g h wave EMAT．
Ke y words :p oint
-focused Ra y lei g h wave ;EMAT ;sound field characteristics ;si g nal -to -noise ratio 一一与传统的压电式换能器相比,电磁超声换能器(EMAT )
由于不需要耦合剂二较粗糙表面也可以直接探伤等特点,已经被广泛应用于高温二移动二在线二快速检测等恶劣环境中[１-２]
,特别是传统压电超声所
不能适用的检测场合.由于曲折线圈EMAT 换能
效率低二信噪比低,为了解决这一难题,国内外学者主要针对其机理进行了大量研究,包括对相邻线圈之间的间距二线圈长度以及磁铁的大小二提离距离二
接收方式等[
３]
.为了能够增强曲折线圈EMAT 的检测效果,特别是针对微小裂纹或点状缺陷,研究者
们提出了聚焦EMAT ,其采用圆弧形曲折线圈,以实现超声波能量的聚焦.例如,２０１６年THRING C
B 等介绍了一种提高EMA T 检测分辨率的新方法,
该方法使用经过优化的聚焦EMA T 产生２MHz 的表面波.这种高频率表面波可以检测到毫米级深度缺陷,可以检出长为２mm ,宽为１．５mm 的缺陷,
缺陷长度上限为(２．１?０．５)mm [４]
.２０１７年THRING C B 等提出采用声波聚焦的方式来提高表面破裂缺陷的信号强度和检测精度,使用２MHz
的激励信号,聚焦深度为(３．７?０．２５)mm ,允许缺陷长度测量精度为?０．４mm ,
可用于检测长度为１mm 和深度小于０．５mm 的缺陷[５]
.目前关于聚焦表面波EMAT 与圆孔二裂纹的作用规律还有待进一步深入,为此,笔者主要针对曲
折线圈表面波EMAT 换能效率和信噪比低这一问题,提出了点聚焦表面波EMAT ,进行了声场分析
６１万方数据