電磁超聲換能器在板中激勵導(dǎo)波的波長特性研究.pdf

1、電磁超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)融合了導(dǎo)波檢測技術(shù)和電磁超聲技術(shù)的雙重優(yōu)勢，不僅具有長距離檢測能力，檢測效率高，而且具有無需耦合劑、激勵方式靈活多樣等優(yōu)點。電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,簡稱EMAT)是電磁超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的核心器件。由于EMAT在板中激勵的導(dǎo)波時所產(chǎn)生的波長偏移現(xiàn)象和諧波長現(xiàn)象往往被忽略，因而不能準(zhǔn)確地得到導(dǎo)波頻率和波長等基本傳播參數(shù)的真實值，進(jìn)而無法獲知EMAT激勵導(dǎo)波的

2、實際傳播規(guī)律，制約了電磁超聲導(dǎo)波在無損檢測和無損評估領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。為此，本文通過研究電磁超聲換能器激勵導(dǎo)波的方法，對電磁超聲換能器所激勵導(dǎo)波的波長特性開展了深入研究。
　　針對常用的曲折線圈結(jié)構(gòu)的EMAT，建立了導(dǎo)波傳播參數(shù)和EMAT激勵參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。通過分析導(dǎo)波的基本聲學(xué)特性和EMAT的換能機理，建立了導(dǎo)波頻率和EMAT激勵頻率之間相等或者偏移的對應(yīng)關(guān)系，并且導(dǎo)波頻率及其頻率帶寬是包含在EMAT激勵頻率帶寬范圍內(nèi)；建

3、立了導(dǎo)波波長和EMAT空間周期之間相等或者偏移的對應(yīng)關(guān)系，并且導(dǎo)波波長及其波長帶寬包含在EMAT空間周期帶寬范圍內(nèi)。
　　為了闡明電磁超聲導(dǎo)波在板中激勵和傳播的整個過程，提出了EMAT激勵導(dǎo)波的方法。該方法是根據(jù)導(dǎo)波傳播參數(shù)和EMAT激勵參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，以建立的電磁超聲導(dǎo)波激勵方程為基礎(chǔ)，分析了EMAT工作區(qū)域在激勵曲線上激發(fā)導(dǎo)波的過程，確定了電磁超聲導(dǎo)波波包的形成過程及其傳播速度的變化規(guī)律，確定了影響頻散現(xiàn)象顯著程度的因素，分析

4、了電磁超聲導(dǎo)波的波長偏移現(xiàn)象和諧波長現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，為研究EMAT激勵導(dǎo)波的波長特性奠定了理論基礎(chǔ)。
　　針對EMAT激勵導(dǎo)波的波長偏移現(xiàn)象，提出了電磁超聲導(dǎo)波波長偏移特性的分析方法。該分析方法根據(jù)導(dǎo)波頻率和EMAT激勵頻率是否始終相等，將波長偏移特性分為頻率相等時和頻率不等時的兩種情況，并分別提出了基于激勵方程的波長偏移的計算方法和基于時頻分析的波長偏移計算方法。實驗結(jié)果表明，頻率相等時的波長偏移的計算誤差小于1.2％；頻率不等

5、時的波長偏移系數(shù)在0.85~1.15范圍，波長偏移的計算誤差小于1.3%。
　　針對EMAT激勵導(dǎo)波的諧波長現(xiàn)象，提出了電磁超聲導(dǎo)波諧波長特性的分析方法。該分析方法通過建立EMAT的空間濾波器模型，分析不同結(jié)構(gòu)類型EMAT波長譜中基波長和各諧波長分量的分布及其幅值比例。以此為基礎(chǔ)，分別提出了基于EMAT-1換能器結(jié)構(gòu)的奇次諧波長激勵方法、基于EMAT-2換能器結(jié)構(gòu)的偶次諧波長激勵方法和基于EMAT-3換能器結(jié)構(gòu)的諧波長分量消除方法