螺旋线圈式电磁超声换能器的阻抗及洛伦兹力解析求解研究
发布时间：2021-05-19 03:59
随着科学技术的不断进步及计算机计算性能的不断提高,电磁超声检测技术已经成为超声检测领域的研究热点。电磁超声无损检测技术由于其检测过程的高效及无需耦合剂等优点在无损检测领域中占据了重要地位。随着对电磁超声换能器研究的逐渐深入,电磁超声技术的不断成熟,电磁超声无损检测被普遍应用于生产制造的各个方面,比如飞机机翼与火车铁轨的探伤检测等。在电磁超声无损检测技术中,电磁超声换能器是超声波激发与接收的核心部件之一。电磁超声换能器由于其独特的优势与特点,在无损检测领域具有非常重要的研究价值和广泛的应用场景。为了分析电磁超声换能器阻抗影响因素以及洛伦兹力在被测试块中的分布规律,本文研究了电磁超声换能器的阻抗及其在非铁磁性板材中激发的洛伦兹力。本文在忽略临近效应与位移电流的的基础上通过电磁场理论建立了电磁超声换能器EMAT理论模型。通过对电磁超声模型的分析与计算,在单层螺旋线圈阻抗的基础上推导了双层螺旋线圈阻抗以及被测试块中被测点的涡流密度的计算公式,并以实验验证的方法对电磁超声换能器的输入阻抗进行了测量分析与对比研究。通过分析线圈阻抗的实验测量值与线圈阻抗的计算值可以证明双层螺旋线圈电磁超声换能器模型...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 电磁超声无损检测技术的研究现状及发展
1.3 电磁超声无损检测技术的特点及应用
1.4 电磁超声换能器研究现状
1.5 论文结构安排
1.6 本章小结
2 电磁超声换能器的基本理论
2.1 电磁超声换能器检测原理概述
2.1.1 电磁超声换能器组成
2.1.2 电磁超声换能器工作机理
2.2 电磁超声换能器激发的超声波波形
2.3 电磁超声换能器效率的影响因素
2.4 换能器中PCB板双层螺旋线圈的设计
2.5 本章小结
3 电磁超声换能建模与分析
3.1 理论建模的假定与前提
3.2 电磁超声换能器的理论建模
3.3 阻抗求解方程
3.3.1 电磁场基本理论
3.3.2 线圈的解析建模及阻抗计算
3.3.3 特征函数展开法
3.4 洛伦兹力求解方程
3.4.1 永磁体理论建模与计算
3.4.2 激励电流波形
3.4.3 静态洛伦兹力
3.4.4 动态洛伦兹力
3.5 本章小结
4 阻抗测量与分析
4.1 系统搭建及参数选择
4.1.1 实验系统的构建
4.1.2 截断半径与求和次数的选择
4.2 计算与实验结果对比
4.3 本章小结
5 洛伦兹力计算及分析
5.1 线圈对涡流的影响
5.1.1 线圈匝数对涡流的影响
5.1.2 线圈提离距离对涡流的影响
5.2 永磁体参数对被测试块中矢量磁位的影响
5.3 线圈提离距离对被测试块中矢量磁位的影响
5.4 线圈提离距离对被测试块中静态洛伦兹力的影响
5.5 线圈提离距离对总的洛伦兹力的影响
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁超声导波在管道中螺旋向传播的机理研究[J]. 杨理践,邢燕好,张佳,高松巍. 仪器仪表学报. 2018(11)
[2]基于电磁超声导波的铝板裂纹缺陷检测方法[J]. 杨理践,邢燕好,张佳,高松巍. 仪器仪表学报. 2018(04)
[3]一种带有误差补偿项的折线线圈阻抗解析建模新方法[J]. 吴德会,何天府,黄一民,苏令锌,刘志天. 电机与控制学报. 2018(04)
[4]管道电磁超声导波技术及其应用研究进展[J]. 黄松岭,王哲,王珅,赵伟. 仪器仪表学报. 2018(03)
[5]线圈自激励电磁超声换能器设计及特性研究[J]. 何健鹏,徐科,任威平. 机械工程学报. 2017(16)
[6]超声导波电磁声换能器的研究进展[J]. 刘增华,谢穆文,钟栩文,龚裕,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2017(02)
[7]超声导波检测技术的发展、应用与挑战[J]. 何存富,郑明方,吕炎,邓鹏,赵华民,刘秀成,宋国荣,刘增华,焦敬品,吴斌. 仪器仪表学报. 2016(08)
[8]一种任意正交折线线圈阻抗的解析建模新方法[J]. 黄一民,吴德会,李雪松,杨秀淼,苏令锌. 仪器仪表学报. 2016(05)
[9]基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化[J]. 孙斐然,孙振国,张文增,陈强. 机械工程学报. 2016(06)
[10]电磁超声换能器中电磁场及洛伦兹力的快速求解方法[J]. 李一力,李勇,刘相彪,闫贝,陈振茂. 应用力学学报. 2015(03)
博士论文
[1]面向钢板缺陷检测的电磁超声兰姆波换能器研究[D]. 何健鹏.北京科技大学 2018
[2]铝板电磁超声检测技术关键问题研究[D]. 李春华.沈阳工业大学 2012
[3]多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测若干关键技术研究[D]. 黄平捷.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于电磁超声的管道缺陷检测技术研究[D]. 钟光彬.电子科技大学 2017
本文编号：3195072
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 电磁超声无损检测技术的研究现状及发展
1.3 电磁超声无损检测技术的特点及应用
1.4 电磁超声换能器研究现状
1.5 论文结构安排
1.6 本章小结
2 电磁超声换能器的基本理论
2.1 电磁超声换能器检测原理概述
2.1.1 电磁超声换能器组成
2.1.2 电磁超声换能器工作机理
2.2 电磁超声换能器激发的超声波波形
2.3 电磁超声换能器效率的影响因素
2.4 换能器中PCB板双层螺旋线圈的设计
2.5 本章小结
3 电磁超声换能建模与分析
3.1 理论建模的假定与前提
3.2 电磁超声换能器的理论建模
3.3 阻抗求解方程
3.3.1 电磁场基本理论
3.3.2 线圈的解析建模及阻抗计算
3.3.3 特征函数展开法
3.4 洛伦兹力求解方程
3.4.1 永磁体理论建模与计算
3.4.2 激励电流波形
3.4.3 静态洛伦兹力
3.4.4 动态洛伦兹力
3.5 本章小结
4 阻抗测量与分析
4.1 系统搭建及参数选择
4.1.1 实验系统的构建
4.1.2 截断半径与求和次数的选择
4.2 计算与实验结果对比
4.3 本章小结
5 洛伦兹力计算及分析
5.1 线圈对涡流的影响
5.1.1 线圈匝数对涡流的影响
5.1.2 线圈提离距离对涡流的影响
5.2 永磁体参数对被测试块中矢量磁位的影响
5.3 线圈提离距离对被测试块中矢量磁位的影响
5.4 线圈提离距离对被测试块中静态洛伦兹力的影响
5.5 线圈提离距离对总的洛伦兹力的影响
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁超声导波在管道中螺旋向传播的机理研究[J]. 杨理践,邢燕好,张佳,高松巍. 仪器仪表学报. 2018(11)
[2]基于电磁超声导波的铝板裂纹缺陷检测方法[J]. 杨理践,邢燕好,张佳,高松巍. 仪器仪表学报. 2018(04)
[3]一种带有误差补偿项的折线线圈阻抗解析建模新方法[J]. 吴德会,何天府,黄一民,苏令锌,刘志天. 电机与控制学报. 2018(04)
[4]管道电磁超声导波技术及其应用研究进展[J]. 黄松岭,王哲,王珅,赵伟. 仪器仪表学报. 2018(03)
[5]线圈自激励电磁超声换能器设计及特性研究[J]. 何健鹏,徐科,任威平. 机械工程学报. 2017(16)
[6]超声导波电磁声换能器的研究进展[J]. 刘增华,谢穆文,钟栩文,龚裕,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2017(02)
[7]超声导波检测技术的发展、应用与挑战[J]. 何存富,郑明方,吕炎,邓鹏,赵华民,刘秀成,宋国荣,刘增华,焦敬品,吴斌. 仪器仪表学报. 2016(08)
[8]一种任意正交折线线圈阻抗的解析建模新方法[J]. 黄一民,吴德会,李雪松,杨秀淼,苏令锌. 仪器仪表学报. 2016(05)
[9]基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化[J]. 孙斐然,孙振国,张文增,陈强. 机械工程学报. 2016(06)
[10]电磁超声换能器中电磁场及洛伦兹力的快速求解方法[J]. 李一力,李勇,刘相彪,闫贝,陈振茂. 应用力学学报. 2015(03)
博士论文
[1]面向钢板缺陷检测的电磁超声兰姆波换能器研究[D]. 何健鹏.北京科技大学 2018
[2]铝板电磁超声检测技术关键问题研究[D]. 李春华.沈阳工业大学 2012
[3]多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测若干关键技术研究[D]. 黄平捷.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于电磁超声的管道缺陷检测技术研究[D]. 钟光彬.电子科技大学 2017
本文编号：3195072
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