EMAT在铁磁性构件缺陷检测中的关键技术研究

摘要

超声波技术是5大常规无损检测技术之一。电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT）由于无需耦合剂，激发波模式多等优点而成为铁磁性材料无损检测的一种新技术。但是，由于EMAT是属于多场耦合，能量转换效率较低，所以本文对基于洛伦茨力和磁致伸缩效应两种转换机理的EMAT进行研究，设计发射和接收电路，提高检测精度和灵敏度，适合不同探头结构和工作参数，并应用于构件的缺陷和应力检测。主要工作如下： 1）分析了基于洛伦兹力的EMAT以及基于磁致伸缩原理的EMAT的换能原理，推导出了相应的物理方程式。 2）对电磁超声的检测系统进行了仿真、设计、制作。研究了超声波的多种模式，以及各种模式在无损检测中发挥的作用。讨论了线圈结构对超声波模式的影响，并通过仿真计算，对EMAT收发线圈的各物理参数进行了优化设计，提高了电磁超声探头的换能效率。 3）研究设计了基于FPGA的全桥逆变电路，利用谐振原理实现对线圈的高频、大功率激励。并研究了脉冲个数和占空比等参数对超声波信号的作用；通过反激式变换器，优化了系统的结构。通过FPGA对检测系统进行激励控制，针对EMAT激发出的超声信号较为微弱的特点，给出了完整的信号检测电路的设计。 4）针对铁磁性材料的缺陷检测进行了一系列的实验研究。通过收发实验、脉冲个数实验的结果，对系统各参数进行了进一步优化。完成了板材的缺陷检测实验，验证了本系统对缺陷定位以及深度检测的能力。最后，设计了悬臂梁实验装置，分析不同大小压应力条件下磁感应强度-超声信号幅值曲线的变化。

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