基于电磁超声导波的板状结构缺陷检测技术研究

摘要

电站的安全运行一直是电力行业的关注点，电站设备的安全依赖设备结构的完整性，因此对电站设备的缺陷检测尤为重要。电磁超声导波检测技术，作为一种新兴的缺陷检测技术，相较于传统的压电超声检测技术，有着不需耦合剂、检测精度高、检测表面不用预处理等优点，发展前景广阔。
　　本文主旨是根据超声导波的传播特性和电磁超声换能器工作机理，设计适于板材检测的电磁超声换能器，并对换能器各参数对其性能的影响进行实验研究。最后，基于该种换能器单元所组阵列，进行板状结构缺陷成像检测技术的实验研究，主要研究工作如下:
　　首先，研究了板中电磁超声导波的产生过程和传播特性，并对板中的超声导波模态的群速度频散曲线进行了计算。根据电磁超声换能器的换能机理，对电磁超声换能器进行了结构设计，确定电磁超声换能器采用螺旋线圈结构，激发周向一致的单一的S0模态超声兰姆波。
　　其次，搭建了一套完整的缺陷检测实验系统，对所设计换能器进行了频率影响实验研究，并针对螺旋线圈结构电磁超声换能器各项参数对其性能的影响进行了实验研究;对所设计电磁超声换能器做了指向性实验，验证了其具有周向一致性。
　　最后，根据相控虚拟聚焦方法理论指导，进行板状结构缺陷成像检测技术的实验研究，分析了一维线阵中不同阵元数量、阵元间距对成像效果的影响规律;由于基于一维阵列成像存在镜像效应，进一步研究了二维L形阵列的成像效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 超声导波理论研究和电磁超声换能器设计

2．1 板中的超声导波

2．1．1 超声导波的概述

2．1．2 板中的兰姆波

2．1．3 超声导波的传播特性

2．2 板中的电磁超声换能器工作机理

2．3 电磁超声换能器的设计

2．3．1 模态选择

2．3．2 电磁超声换能器结构设计

2．4 本章小结

第3章 电磁超声换能器参数对其性能影响实验研究

3．1 频率对电磁超声换能器的影响

3．1．1 实验检测系统

3．1．2 激励频率的影响

3．2 电磁超声换能器结构参数对其性能的影响

3．2．1 螺旋线圈层数对换能器性能的影响

3．2．2 螺旋线圈外径对换能器性能的影响

3．2．3 螺旋线圈内径对换能器性能的影响

3．2．4 磁场强度对换能器性能的影响

3．2．5 提离距离对换能器性能的影响

3．3 电磁超声换能器声场指向性实验

3．4 本章小结

第4章 板状结构缺陷成像检测方法实验研究

4．1 相控虚拟聚焦方法

4．2 成像实验系统

4．3 板状结构缺陷成像检测实验

4．3．1 S0模态传播速度的确定

4．3．2 缺陷成像实验

4．4 线性阵列参数对成像效果的影响

4．4．1 阵元间距

4．4．2 阵元数量

4．5 线性阵列的镜像效应消除

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢