摘要: 电磁超声检测技术以无需耦合剂、检测效率高、环境适应性强等优点广泛应用于铁磁性材料缺陷检测。电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer，EMAT)作为电磁超声技术的关键部件得到广泛地关注。常规EMAT多采用永磁体提供偏置磁场，而针对铁磁... 展开 电磁超声检测技术以无需耦合剂、检测效率高、环境适应性强等优点广泛应用于铁磁性材料缺陷检测。电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer，EMAT)作为电磁超声技术的关键部件得到广泛地关注。常规EMAT多采用永磁体提供偏置磁场，而针对铁磁性材料进行检测时，永磁体EMAT的强吸附性及温度特性使其在实际工程应用中存在移动困难、无法实现高温在线检测等问题。为了克服永磁体EMAT的局限性，本文以20#钢板为研究对象，基于磁致伸缩效应的非线性特性，以及脉冲电磁铁产生磁场的分布特点，设计并研制了两种针对于钢板检测的电磁铁式EMAT。利用COMSOL Multiphysics仿真软件对EMAT关键组件进行建模，研究了尺寸参数对传感器性能的影响。对传感器进行了模态单一性、频率响应特性、声场分布以及缺陷识别的性能测试。 (1)指向型A0模态电磁铁式EMAT的研制。基于磁致伸缩与洛伦兹力两种机理，提出了一种指向型的A0模态电磁铁式EMAT(Directional A0Mode Electromagnet-type EMAT，DAE-EMAT)，利用磁致伸缩效应的非线性特性，采用调节桥型电磁铁励磁电压的方式来调节偏置磁场，配合回折线圈来调整构件内质点在两个方向上的受力大小，从而控制模态。建立电磁铁及EMAT的有限元仿真模型，验证模型的正确性，优化了EMAT结构，并通过实验测试EMAT的各项性能。 (2)指向型S0模态电磁铁式EMAT的研制。提出了一种指向型的S0模态电磁铁式EMAT(Directional S0Mode Electromagnet-type EMAT,DSE-EMAT),通过对电磁铁磁芯形状进行特殊设计，提高电磁铁在钢板内所产生偏置磁场的竖直分量，并抑制水平分量。配合回折线圈，提高钢板受到的水平洛伦兹力，同时基于磁致伸缩效应的非线性特征，利用电磁铁调节偏置磁场，调整钢板受到的磁致伸缩力，从而控制模态。通过仿真与实验，分析EMAT所产生导波模态的单一性，并测试了传感器频率响应与声场指向性。 (3)钢板缺陷检测应用。将研制的两种EMAT应用于20#钢板的槽型通孔缺陷检测，通过实验验证的方式，分析了两种EMAT对钢板中纵向、横向槽型通孔缺陷的识别能力，并采用传统永磁铁式EMAT进行了对比实验，验证两种新型电磁铁式EMAT的在缺陷检测上的优势。 收起