電磁超聲換能器在板中激勵(lì)導(dǎo)波的波長(zhǎng)特性研究.pdf

1、電磁超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)融合了導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)和電磁超聲技術(shù)的雙重優(yōu)勢(shì)，不僅具有長(zhǎng)距離檢測(cè)能力，檢測(cè)效率高，而且具有無需耦合劑、激勵(lì)方式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,簡(jiǎn)稱EMAT)是電磁超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的核心器件。由于EMAT在板中激勵(lì)的導(dǎo)波時(shí)所產(chǎn)生的波長(zhǎng)偏移現(xiàn)象和諧波長(zhǎng)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(zhǎng)等基本傳播參數(shù)的真實(shí)值，進(jìn)而無法獲知EMAT激勵(lì)導(dǎo)波的

2、實(shí)際傳播規(guī)律，制約了電磁超聲導(dǎo)波在無損檢測(cè)和無損評(píng)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(lì)導(dǎo)波的方法，對(duì)電磁超聲換能器所激勵(lì)導(dǎo)波的波長(zhǎng)特性開展了深入研究。
　　針對(duì)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(lì)參數(shù)的對(duì)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(jī)理，建立了導(dǎo)波頻率和EMAT激勵(lì)頻率之間相等或者偏移的對(duì)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(lì)頻率帶寬范圍內(nèi)；建

3、立了導(dǎo)波波長(zhǎng)和EMAT空間周期之間相等或者偏移的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且導(dǎo)波波長(zhǎng)及其波長(zhǎng)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(lì)和傳播的整個(gè)過程，提出了EMAT激勵(lì)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(lì)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以建立的電磁超聲導(dǎo)波激勵(lì)方程為基礎(chǔ)，分析了EMAT工作區(qū)域在激勵(lì)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(zhǎng)偏移現(xiàn)象和諧波長(zhǎng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，為研究EMAT激勵(lì)導(dǎo)波的波長(zhǎng)特性奠定了理論基礎(chǔ)。
　　針對(duì)EMAT激勵(lì)導(dǎo)波的波長(zhǎng)偏移現(xiàn)象，提出了電磁超聲導(dǎo)波波長(zhǎng)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(lì)頻率是否始終相等，將波長(zhǎng)偏移特性分為頻率相等時(shí)和頻率不等時(shí)的兩種情況，并分別提出了基于激勵(lì)方程的波長(zhǎng)偏移的計(jì)算方法和基于時(shí)頻分析的波長(zhǎng)偏移計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，頻率相等時(shí)的波長(zhǎng)偏移的計(jì)算誤差小于1.2％；頻率不等

5、時(shí)的波長(zhǎng)偏移系數(shù)在0.85~1.15范圍，波長(zhǎng)偏移的計(jì)算誤差小于1.3%。
　　針對(duì)EMAT激勵(lì)導(dǎo)波的諧波長(zhǎng)現(xiàn)象，提出了電磁超聲導(dǎo)波諧波長(zhǎng)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(zhǎng)譜中基波長(zhǎng)和各諧波長(zhǎng)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(zhǎng)激勵(lì)方法、基于EMAT-2換能器結(jié)構(gòu)的偶次諧波長(zhǎng)激勵(lì)方法和基于EMAT-3換能器結(jié)構(gòu)的諧波長(zhǎng)分量消除方法