用于铝合金厚板检测的电磁超声体波换能器优化设计
电磁超声无损检测技术因其无需耦合剂,非接触性等优点在近几十年得到了飞速的发展与广泛的应用.由于国家经济建设的迅猛发展,对铝合金板材的需求日益增多.但因我国铝合金板材生产加工工艺的限制,在板材中难免会存在一些缺陷.所以针对铝合金厚板的电磁超声换能器(EMAT)的研究具有理论意义和应用价值.由于电磁超声换能器的换能效率较低,导致接收的感应电压回波信号较小,增大了在实际应用中的难度.本文旨在对用于铝合金厚板检测的电磁超声体波换能器进行优化设计,提高回波感应电压信号的幅值.首先简要分析了电磁超声换能器3种换能机理的激发方式.随后着重分析洛伦兹力机理激发的工作过程,建立其数学模型.并应用有限元软件建立了电磁超声换能器的二维有限元模型.针对缺陷检测时电磁超声换能器接收到的回波信号较小的问题,选择使用蝶形线圈建立电磁超声体波换能器的二维有限元模型,并使用正交试验的优化方法进行改进.针对现有大多电磁超声换能器有限元模型为理想模型,忽略了电路参数对仿真结果的影响.本文以厚度检测为例,对包含电路模型的螺旋线圈电磁超声换能器模型进行整体设计.计算线圈等效阻抗后,使用双层螺旋线圈结构建立电磁超声换能器的二维轴对称有限元模型,并应用正交试验进行设计优化.采用极差分析法对两组正交试验结果进行分析.在缺陷检测中,对比不同结构缺陷回波电压信号的强弱程度,获得了优化的磁铁和线圈结构参数值.还得出了在本结构下磁铁-线圈的最佳宽度比.在厚度测量中,优化后的螺旋线圈电磁超声换能器回波电压幅值比原设计有所提高.
- 作者：
- 房琦
- 学位授予单位：
- 哈尔滨理工大学
- 专业名称：
- 电力电子与电力传动
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 张晓冰
- 中图分类号：
- TB552
- 关键词：
- 铝合金厚板；电磁超声体波换能器；缺陷检测；厚度测量
- aluminum alloy plate； bulk wave EMATs； flaw detection； thickness measurement