谐振型电磁超声激励器的研究与实现

发布时间：2020-06-05 19:28

【摘要】：电磁超声换能器(Electro Magnetic Acoustic Transducer,EMAT)以其不需耦合剂、非接触、耐高温及适用于高速移动件等特点成为超声检测领域的研究热点之一。被测件的属性、换能器的提离距离、高频激励下的趋肤效应、邻近效应及高温等会改变换能器的阻抗特性,阻抗失配导致电磁超声激励器承受较大的反射功率,甚至会烧毁激励器。针对这种问题,本文提出一种谐振型电磁超声激励器设计方案。通过理论建模和仿真分析,基于EMAT等效电路模型实现双谐振提升输出电压增益,利用蒙特卡洛分析给出谐振参数的灵敏度变化统计结果。研究结果为谐振型电磁超声激励器及检测系统的开发提供理论指导并奠定基础。本文首先针对电磁超声换能机理进行分析并建立EMAT的数学模型,同时对EMAT的阻抗特征进行了建模。建立换能过程中多场耦合控制模型并基于有限元仿真分析对模型进行验证。研究换能器在不同激励持续时间下磁通密度、涡流场、洛伦兹力及超声应力场的变化情况,通过分析多场耦合分布特性得出EMAT的简化等效电路模型,为谐振型激励器的研究打下基础。其次,建立谐振型电磁超声激励器的模型并进行稳态分析。根据本文提出的谐振型拓扑的时/频域分析结果,建立Matlab/Simulink仿真模型进行验证。为优化参数设计方法,对谐振电路的电压/电流灵敏度进行分析,并利用Pspice软件基于蒙特卡洛分析方法,使用400采样点得出了统计分析结果。最终得到谐振型激励器的优化方法及实现原则。在研究的过程中,通过改进谐振拓扑抑制谐振拖尾现象。改进后的谐振型电磁超声激励器输出准正弦波脉冲,有效地抑制高次谐波干扰,为实现非线性EMAT检测提供了依据。最后,通过设计全桥逆变器、驱动电路、缓冲保护电路及软件设计,研制了高温谐振型电磁超声激励器,搭建实验平台对不同脉冲持续时间、输出功率及效率进行实验验证,实验结果证明这种方法可以实现近16倍的电压增益,效率可达到90%以上,证实这种方法简便、有效并具有应用价值。
【图文】：

电磁超声,检测过程,电磁超声换能器

2 电磁超声换能器建模与机理研究2 电磁超声换能器的建模与机理研究磁超声换能机制磁超声检测系统包括电磁超声脉冲发射/接收器、被测试样及信号分据采集板卡、示波器等）如图 2.1。其中，激励线圈的形状为螺旋形提供静磁场，不同形状的线圈可以激发出不同模态的电磁超声波。冲激励器可以工作于单工模式（发射/接收探头分离），也可工作于双/接收一体）。N电磁超声换能器示波器

电磁超声换能器

induced=F J ×B涡流密度，，通过上述分析得到了 E的有效性，本文将使用有限元建控制方程对其验证，同时得到 EMA及模型验证圈的 EMAT 几何装置如图 2.9，它可跑道和曲折型等形式。不同形式的线超声波应用于特定的场合。螺旋形跑道型曲折形激励线圈线间距被测试样永磁铁激励线圈的形状
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.5

【参考文献】