曲折线圈型电磁超声表面波换能器的优化设计.pdf

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1、2015正仪表技术与2015第6期InstrumentTechniqueNo．6曲折线圈型电磁超声表面波换能器的优化设计康磊，金昱，潘峰，苏日亮(哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：电磁超声表面波换能器的换能效率较低，严重限制了其进一步的发展。为此，在建立曲折线圈型电磁超声表面波换能器多物理场有限元模型的基础上，通过仿真分析，分别从EMAT(ElectromagneticAcousticTransducer)磁铁尺寸和线圈中导线的分布方式两个角度对电磁超声表面波换能器进行了优化。实验表明，与传统的曲折线圈型电磁超声表

2、面波换能器相比，采用相同的磁铁体积时，在一发一收的工作模式下，文中提出的优化后的换能器接收信号幅度可提高39％；在收发一体的工作模式下，信号幅度可提高86．2％，有效地改善了换能器的性能。关键词：电磁超声换能器；磁铁；曲折线圈；表面波中图分类号：TP802．8文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)06-0001—04OptimalDesignofMeander-line--coilSurfaceWaveElectromagneticAcousticTransducersKANGLei，JINYu，PANFeng，SURi—liang

3、(SchoolofElectricalEngineeringandAutomination，HarbinInsititudeofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Theloweficiencyofelectromagneticacoustictransducers(EMAT)severelyconfinestheirfutherdevelopment．Therefore，onthebasisoftraditionalmeander—line—coilEMATs’muhifieldfiniteelement

4、model，reserchwascarriedoutontheopti—maldesignoftheEMATbyindividuallystudyingthedimensionsofthemagnetandthewayofdistributionofthewiresofthemean—der-linecoil．SupposingthenewEMATsharedthesamemagnetvolumewiththetraditionalones，experimentsindicatedthatcom—paredwiththetraditionalEMA

5、Ts，theamplitudeofthereceivingsignalcanbeimprovedby39％underthepitch—catchconfigura—tion，whiletheamplitudeofreceivingsignalcanbeimprovedby86．2％underthepulse—echoconfiguration，provingthattheper-formanceoftheEMAThasbeenefectivelyimproved．Keywords：electromagneticacoustictransducer；

6、magnet；meander—line—coil；surfacewave0引言定律，在铝板表面会感生出与线圈电流方向相反、频率相同的电磁超声无损检测技术在铝合金板材检测中的应用日益涡流；若在空间施加一个竖直方向的静磁场，涡流区域中的微广泛J。在以往研究过程中，针对电磁超声表面波换能器的粒则相应受到洛伦兹力的作用，产生周期性的振动。当这种振优化问题，已有的结论包括：发射电流增大，激发的表面波振幅动以波的形式在试件表面传输时，就形成了超声表面波。其也随之增大；提离距离减小，激发的表面波振幅也随之增中，线圈相邻两匝导线的中心距离应按照表面波波长A的大J。

7、然而根据目前的研究结果，传统的电磁超声表面波换1／2制作，以使线圈各匝导线所激发的表面波发生相长干涉，从能器采用导线均匀分布的线圈以及宽度大于或等于线圈宽度而产生幅值较大、指向性较强的电磁超声表面波。IIIII的磁铁J，换能效率较低。而在电磁超声无损检测技术中，换：j：I；静磁场B’tt’’能器的换能效率尤为重要。为了解决电磁超声表面波换能器效率较低的问题，本文围绕换能器的磁铁和线圈这两个因素进行了研究。1电磁超声表面波换能器工作机理电磁超声表面波换能器的工作机理分为2种：铁磁材料中图1电磁超声表面波换能器工作机理示意图表面波的激发过程是洛伦兹力、

8、磁化效应和磁致伸缩共同作用接收过程中，超声表面波在铝板表面传播时伴随着铝板微的结果J，而非铁磁材料中表面波的激发过程只受洛