電磁超聲檢測技術(shù)1電磁超聲的基本原理2電磁超聲機(jī)理的研究3電磁超聲數(shù)學(xué)模型的建立4電磁超聲的數(shù)值模擬一、電磁鐵表態(tài)磁場的仿真二、脈沖渦流的分布三、洛侖茲力的分布四、在洛侖茲力作用下超聲的產(chǎn)生和在介質(zhì)中的傳播五、EMAT接線器對電磁超聲的檢測5EMAT探頭的設(shè)計(jì)一、線圈的設(shè)計(jì)Lamb波、縱波、橫波、表面波二、線圈制作三、磁鐵的設(shè)計(jì)與制作6EMAT電路系統(tǒng)7應(yīng)用實(shí)例：一、探傷，二、測厚，三、非接觸應(yīng)力測量8研究展望電磁超聲檢測技術(shù)1電磁超聲的基本原理電磁超聲檢測技術(shù)電磁超聲檢測的特點(diǎn)：(1)電磁超聲借助電磁場作為發(fā)送和接收超聲波的介質(zhì)，所以不需要油、水之類的耦合劑；(2)通過改變磁鐵的結(jié)構(gòu)和形狀，改變信號發(fā)射和接收線圈的排列方式，就可以分別產(chǎn)生縱波、橫波和表面波等不同模式的波，特別是SH波；(3)可對高溫物體和表面有銹垢及油漆層的物體直接檢測，因而可減輕工作量，節(jié)約能源。EMAT甚至能檢測750℃的高溫物體，常規(guī)超聲無法做到；(4)由于不需要耦合劑，不存在接觸壓力變化問題，探傷靈敏變穩(wěn)定；(5)不能用于非金屬檢測。電磁超聲檢測技術(shù)電磁超聲檢測的特點(diǎn)：1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理處于交變磁場的金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部將產(chǎn)生渦流；同時(shí)任何電流在磁場中都受到力的作用，而金屬介質(zhì)在交變應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生應(yīng)力波，頻率在超聲波范圍內(nèi)的應(yīng)力波即為超聲波。如果把表面放有交變電流的金屬導(dǎo)體放在一個(gè)固定的磁場內(nèi)，則在金屬的渦流透入深度σ內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)將承受交變力。該力使透入深度σ內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動，致使在金屬中產(chǎn)生超聲波。與此相反，由于此效應(yīng)呈現(xiàn)可逆性。返回聲壓使質(zhì)點(diǎn)的振動在磁場作用下也會使渦流線圈兩端的電壓發(fā)生變化，因此可以通過接收裝置進(jìn)行接收并放大顯示。我們把用這種方法激發(fā)和接收的超聲波稱為電磁超聲。在這種方法中，換能器己不單單是通用交變電流的渦流線圈以及外部固定磁場的組合體，金屬表面也是換能器的一個(gè)重要組成部分，電和聲的轉(zhuǎn)換是靠金屬表面來完成的。電磁超聲只能在導(dǎo)電介質(zhì)上產(chǎn)生，因此電磁超聲只能在導(dǎo)電介質(zhì)上獲得應(yīng)用。1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理處于交變磁場的金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理渦流線圈貼于金屬表面，磁鐵如圖放置，此時(shí)金屬內(nèi)的磁力線平行干金屬表面。當(dāng)線圈內(nèi)通過高頻電流時(shí)，將在金屬表面感應(yīng)出渦流，且渦流平面與磁力線平行，在磁場作用下，渦流上將受一個(gè)力的作用。某一時(shí)刻的方向如圖所示方向向上，半個(gè)周期后將受一個(gè)向下的力，這樣，質(zhì)點(diǎn)受交變力的作用，因此在作用力方向上產(chǎn)生一個(gè)彈性波。由干振動方向和波的傳播方向一致，此波為超聲縱波?？v波的激發(fā)和接收1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理渦流線圈貼于金屬表面，磁鐵如圖1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理磁力線垂直于金屬表面，當(dāng)貼附于金屬表面的渦流線圈通以交變電流時(shí)。將在金屬表面感應(yīng)出渦流，在外磁場作用下，渦流受力方向平行于金屬表面。某一時(shí)刻的方向如圖所示。方向向右，半個(gè)周期后質(zhì)點(diǎn)將受一個(gè)向左的力。這樣，質(zhì)點(diǎn)在交變力的作用下產(chǎn)生一個(gè)與作用力方向相垂直的彈性波。橫波的激發(fā)和接收1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理磁力線垂直于金屬表面，當(dāng)貼附于2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究非鐵磁性導(dǎo)電體空氣或1基本機(jī)理-非鐵磁性導(dǎo)電體滲透深度電渦流密度洛侖茲力密度2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究非鐵磁性導(dǎo)電體空氣或1基本機(jī)2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體洛侖茲力磁致伸縮力磁性力2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體洛侖茲2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體

(1)徑向偏振剪切波束螺線形EMAT，產(chǎn)生垂直于表面法向傳播的徑向剪切波，如圖5(a)所示。(2)縱向剪切偏振波束切向場EMAT，激勵沿表面法向傳播的平面偏振縱波，如圖5(b)所示。(3)平面剪切偏振波束法向場EMAT，激勵沿表面法向傳播的平面偏振剪切波，如圖5(c)所示。(4)縱向或垂直偏振剪切波束曲折線圈EMAT，激勵斜向縱波或垂直偏振剪切波，瑞利波或制導(dǎo)模式板波，如圖5(d)所示。(5)以傾斜角傳播的水平偏振剪切波速束間歇式永久磁鐵EMAT，激勵斜向傳播，水平偏振剪切波或制導(dǎo)型水平偏振剪切波波，如圖5(e)所示。2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

2電磁超聲的等效模型在發(fā)射端，信號中的電纜中的電壓、電流分別為當(dāng)探頭阻抗與線纜阻抗相匹配時(shí)在接頭端電壓透射系數(shù)2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究2電磁超聲的等效模型2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

根據(jù)機(jī)電互易關(guān)系，若為無缺陷時(shí)透壓系數(shù)，為有缺陷時(shí)電壓透射系數(shù)，則

P為信號發(fā)生器的電功率若缺陷是一個(gè)裂紋，由于材料表面應(yīng)力的消失，可采取更簡潔的形式，若裂紋的開口無限小，可選擇恰好包含該裂紋，則有

2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究根據(jù)機(jī)電互易關(guān)系，若為2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

當(dāng)忽略電路的串?dāng)_時(shí)，(在脈沖反射測量中，可采用相位技術(shù)去除由此可得：可采用時(shí)間門檻技術(shù)去除。2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究當(dāng)忽略電路的串?dāng)_時(shí)，(2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

1基本方程在EMAT系統(tǒng)中，檢測材料(鐵磁材料或非鐵磁材料)被一個(gè)靜態(tài)磁場和一個(gè)動態(tài)磁場所磁化。動態(tài)磁場的頻率很高，幅值很小

麥克斯韋方程組的微分形式3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型1基本方程在EMAT3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

在電磁超聲換能器中，對于實(shí)際線圈陣列的典型激發(fā)電流頻率很少超過幾兆赫茲，因而對于時(shí)間的求導(dǎo)項(xiàng)可以忽略，同時(shí)假設(shè)沒有體電荷密度存在。則式子(6-3)和(6-5)可以簡化為:

根據(jù)電磁超聲換能器理論，多個(gè)動態(tài)場之間的耦合關(guān)系可以由下面的連續(xù)方程描述

3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型在電磁超聲換能器中，對3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

磁致伸縮場矢量其中，e3x6和S6x1分別是磁致伸縮矩陣和由超聲波導(dǎo)致的應(yīng)變列矩陣。磁致伸縮矩陣應(yīng)變列矩陣動態(tài)磁通密度3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型磁致伸縮場矢量其中，3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

將公式(6-9)的兩邊同取旋度符號將式子(6-2)兩邊去除旋度操作符后可以得到其中，Es為一個(gè)未知的常量。將(6-17)帶入(6-8)中可以得到3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型將公式(6-9)的兩邊3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

渦電流密度洛侖茲力電流密度磁化電流密度磁致伸縮電流密度磁致伸縮場強(qiáng)度矢量考慮EMAT的二維模型，則3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型渦電流密度洛侖茲力電3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

2激發(fā)過程模式方程

在激發(fā)模式中，動態(tài)磁場是由工件上放置的載流線圈產(chǎn)生的。這一電流在EMAT線圈導(dǎo)體中提供源電流密度Jsz,。前面曾提及在式子(6-8)和(6-9)中涉及u和S的項(xiàng)相對于其他項(xiàng)很小，僅在接收模式中考慮。由于JLz，JMz，JMz含有u和S，這些電流密度相對于其他項(xiàng)很小，可以忽略。源電流密度Jsz可以用第k個(gè)導(dǎo)體的整個(gè)電流ik(t)和Az表示將(6-27)帶入(6-26)中，可以得到下面的微積分方程3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型2激發(fā)過程模式方程在3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

根據(jù)牛頓定律對于各向異性固體的非均勻彈性波方程，電動力密度可以得出總力密度可以分解表面牽引力密度和體力密度體力密度可以分解成3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型根據(jù)牛頓定律對于各向異3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

將式子(6-40)的帶入(6-31)可以得到將式子(6-30)帶入(6-41)得電磁超聲換能器激發(fā)模式位移矢量的求解方程。3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型將式子(6-40)的帶3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

3接收過程模式方程在接收模式中，聲波在靜態(tài)磁場的作用下會產(chǎn)生一個(gè)動態(tài)的磁場。這個(gè)動態(tài)的磁場會在工件上放置的開環(huán)提取線圈中感應(yīng)出一個(gè)電壓。由于提取線圈都是開環(huán)的，因而線圈導(dǎo)體中的總電流ik(t)應(yīng)為零。則式子(6-27)可以簡化為結(jié)合式子(6-26)和(6-43)可以得到根據(jù)法拉第定律和斯托克定理求解提取線圈中的感應(yīng)電壓3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型3接收過程模式方程在4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

1建立模型在激勵線圈中根據(jù)公式(6-29)通以激勵電流，設(shè)有窗的聲脈沖信號包含有5個(gè)周期，信號的幅值為100安培，信號的頻率為500kHz4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬1建立模型在激勵線圈4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

瞬態(tài)激勵電流4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬瞬態(tài)激勵電流4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

2電渦流的趨膚效應(yīng)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬2電渦流的趨膚效應(yīng)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

3電渦流分布的影響因素分析4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬3電渦流分布的影響因素4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

4EMAT超聲激發(fā)的數(shù)學(xué)仿真4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬4EMAT超聲激發(fā)的4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

計(jì)算得到的洛侖茲力在時(shí)間和空間的分布即作為彈性動力，在被測件中激發(fā)出超聲。根據(jù)惠更斯原理，對于各向同性的固體，位于被測件表面離散輻射點(diǎn)源所產(chǎn)生的體波場的輻射角由下式計(jì)算。感應(yīng)電渦流受到靜磁場的作用，根據(jù)公式(6-49)受到了x方向的洛侖茲力4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬計(jì)算得到的洛侖茲力在時(shí)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

5EMAT超聲接收的數(shù)學(xué)仿真EMAT物理原理上是一個(gè)可逆的換能器，當(dāng)有超聲回波經(jīng)過EMAT下方的被測導(dǎo)體時(shí)，超聲波促使金屬晶格振動，這種振動與偏置磁場相互作用感生出電渦流場，或者由于逆磁致伸縮效應(yīng)將在金屬外界的空氣中產(chǎn)生矢量磁位，這一矢量磁位在接收線圈上產(chǎn)生瞬變電壓或電流，EMAT就是根據(jù)接收到的感生電壓或電流信號來探測超聲回波的。4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬5EMAT超聲接收的5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)1線圈的設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

2線圈制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)2線圈制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)

3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作5電磁超聲檢測技術(shù)-探頭設(shè)計(jì)3磁鐵的設(shè)計(jì)與制作6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)

6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)

6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)

6電磁超聲檢測技術(shù)-電路設(shè)計(jì)電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用高溫、高壓管道壁厚的在線測量由干超聲波的產(chǎn)生不受被測物體溫度的影響，因此電磁超聲技術(shù)廣泛應(yīng)用干高溫、高壓管道的測量。電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用高溫、高壓管道壁厚的在線測量電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用無縫鋼管的檢測在冶金工業(yè)中無縫鋼管是由鋼錠控制成形的，因此鋼管壁厚的均勻程度是評定鋼管質(zhì)量的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的檢測方法是利用尺規(guī)測量鋼管的頭尾尺寸，因無法得知中間部分的數(shù)據(jù)。所以無法有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量。應(yīng)用電磁超聲技術(shù)，通過測量鋼管上不同位置的壁厚，得知其壁厚的均勻程度，從而為控制產(chǎn)品質(zhì)量提供了一種可靠的檢測手段。電磁超聲檢測技術(shù)-應(yīng)用無縫鋼管的檢測電磁超聲檢測技術(shù)1電磁超聲的基本原理2電磁超聲機(jī)理的研究3電磁超聲數(shù)學(xué)模型的建立4電磁超聲的數(shù)值模擬一、電磁鐵表態(tài)磁場的仿真二、脈沖渦流的分布三、洛侖茲力的分布四、在洛侖茲力作用下超聲的產(chǎn)生和在介質(zhì)中的傳播五、EMAT接線器對電磁超聲的檢測5EMAT探頭的設(shè)計(jì)一、線圈的設(shè)計(jì)Lamb波、縱波、橫波、表面波二、線圈制作三、磁鐵的設(shè)計(jì)與制作6EMAT電路系統(tǒng)7應(yīng)用實(shí)例：一、探傷，二、測厚，三、非接觸應(yīng)力測量8研究展望電磁超聲檢測技術(shù)1電磁超聲的基本原理電磁超聲檢測技術(shù)電磁超聲檢測的特點(diǎn)：(1)電磁超聲借助電磁場作為發(fā)送和接收超聲波的介質(zhì)，所以不需要油、水之類的耦合劑；(2)通過改變磁鐵的結(jié)構(gòu)和形狀，改變信號發(fā)射和接收線圈的排列方式，就可以分別產(chǎn)生縱波、橫波和表面波等不同模式的波，特別是SH波；(3)可對高溫物體和表面有銹垢及油漆層的物體直接檢測，因而可減輕工作量，節(jié)約能源。EMAT甚至能檢測750℃的高溫物體，常規(guī)超聲無法做到；(4)由于不需要耦合劑，不存在接觸壓力變化問題，探傷靈敏變穩(wěn)定；(5)不能用于非金屬檢測。電磁超聲檢測技術(shù)電磁超聲檢測的特點(diǎn)：1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理處于交變磁場的金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部將產(chǎn)生渦流；同時(shí)任何電流在磁場中都受到力的作用，而金屬介質(zhì)在交變應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生應(yīng)力波，頻率在超聲波范圍內(nèi)的應(yīng)力波即為超聲波。如果把表面放有交變電流的金屬導(dǎo)體放在一個(gè)固定的磁場內(nèi)，則在金屬的渦流透入深度σ內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)將承受交變力。該力使透入深度σ內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動，致使在金屬中產(chǎn)生超聲波。與此相反，由于此效應(yīng)呈現(xiàn)可逆性。返回聲壓使質(zhì)點(diǎn)的振動在磁場作用下也會使渦流線圈兩端的電壓發(fā)生變化，因此可以通過接收裝置進(jìn)行接收并放大顯示。我們把用這種方法激發(fā)和接收的超聲波稱為電磁超聲。在這種方法中，換能器己不單單是通用交變電流的渦流線圈以及外部固定磁場的組合體，金屬表面也是換能器的一個(gè)重要組成部分，電和聲的轉(zhuǎn)換是靠金屬表面來完成的。電磁超聲只能在導(dǎo)電介質(zhì)上產(chǎn)生，因此電磁超聲只能在導(dǎo)電介質(zhì)上獲得應(yīng)用。1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理處于交變磁場的金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理渦流線圈貼于金屬表面，磁鐵如圖放置，此時(shí)金屬內(nèi)的磁力線平行干金屬表面。當(dāng)線圈內(nèi)通過高頻電流時(shí)，將在金屬表面感應(yīng)出渦流，且渦流平面與磁力線平行，在磁場作用下，渦流上將受一個(gè)力的作用。某一時(shí)刻的方向如圖所示方向向上，半個(gè)周期后將受一個(gè)向下的力，這樣，質(zhì)點(diǎn)受交變力的作用，因此在作用力方向上產(chǎn)生一個(gè)彈性波。由干振動方向和波的傳播方向一致，此波為超聲縱波。縱波的激發(fā)和接收1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理渦流線圈貼于金屬表面，磁鐵如圖1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理磁力線垂直于金屬表面，當(dāng)貼附于金屬表面的渦流線圈通以交變電流時(shí)。將在金屬表面感應(yīng)出渦流，在外磁場作用下，渦流受力方向平行于金屬表面。某一時(shí)刻的方向如圖所示。方向向右，半個(gè)周期后質(zhì)點(diǎn)將受一個(gè)向左的力。這樣，質(zhì)點(diǎn)在交變力的作用下產(chǎn)生一個(gè)與作用力方向相垂直的彈性波。橫波的激發(fā)和接收1電磁超聲檢測技術(shù)-基本原理磁力線垂直于金屬表面，當(dāng)貼附于2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究非鐵磁性導(dǎo)電體空氣或1基本機(jī)理-非鐵磁性導(dǎo)電體滲透深度電渦流密度洛侖茲力密度2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究非鐵磁性導(dǎo)電體空氣或1基本機(jī)2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體洛侖茲力磁致伸縮力磁性力2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體洛侖茲2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體

(1)徑向偏振剪切波束螺線形EMAT，產(chǎn)生垂直于表面法向傳播的徑向剪切波，如圖5(a)所示。(2)縱向剪切偏振波束切向場EMAT，激勵沿表面法向傳播的平面偏振縱波，如圖5(b)所示。(3)平面剪切偏振波束法向場EMAT，激勵沿表面法向傳播的平面偏振剪切波，如圖5(c)所示。(4)縱向或垂直偏振剪切波束曲折線圈EMAT，激勵斜向縱波或垂直偏振剪切波，瑞利波或制導(dǎo)模式板波，如圖5(d)所示。(5)以傾斜角傳播的水平偏振剪切波速束間歇式永久磁鐵EMAT，激勵斜向傳播，水平偏振剪切波或制導(dǎo)型水平偏振剪切波波，如圖5(e)所示。2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究1基本機(jī)理-鐵磁性導(dǎo)體2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

2電磁超聲的等效模型在發(fā)射端，信號中的電纜中的電壓、電流分別為當(dāng)探頭阻抗與線纜阻抗相匹配時(shí)在接頭端電壓透射系數(shù)2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究2電磁超聲的等效模型2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

根據(jù)機(jī)電互易關(guān)系，若為無缺陷時(shí)透壓系數(shù)，為有缺陷時(shí)電壓透射系數(shù)，則

P為信號發(fā)生器的電功率若缺陷是一個(gè)裂紋，由于材料表面應(yīng)力的消失，可采取更簡潔的形式，若裂紋的開口無限小，可選擇恰好包含該裂紋，則有

2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究根據(jù)機(jī)電互易關(guān)系，若為2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

當(dāng)忽略電路的串?dāng)_時(shí)，(在脈沖反射測量中，可采用相位技術(shù)去除由此可得：可采用時(shí)間門檻技術(shù)去除。2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究當(dāng)忽略電路的串?dāng)_時(shí)，(2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究

2電磁超聲檢測技術(shù)-機(jī)理研究3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

1基本方程在EMAT系統(tǒng)中，檢測材料(鐵磁材料或非鐵磁材料)被一個(gè)靜態(tài)磁場和一個(gè)動態(tài)磁場所磁化。動態(tài)磁場的頻率很高，幅值很小

麥克斯韋方程組的微分形式3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型1基本方程在EMAT3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

在電磁超聲換能器中，對于實(shí)際線圈陣列的典型激發(fā)電流頻率很少超過幾兆赫茲，因而對于時(shí)間的求導(dǎo)項(xiàng)可以忽略，同時(shí)假設(shè)沒有體電荷密度存在。則式子(6-3)和(6-5)可以簡化為:

根據(jù)電磁超聲換能器理論，多個(gè)動態(tài)場之間的耦合關(guān)系可以由下面的連續(xù)方程描述

3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型在電磁超聲換能器中，對3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

磁致伸縮場矢量其中，e3x6和S6x1分別是磁致伸縮矩陣和由超聲波導(dǎo)致的應(yīng)變列矩陣。磁致伸縮矩陣應(yīng)變列矩陣動態(tài)磁通密度3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型磁致伸縮場矢量其中，3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

將公式(6-9)的兩邊同取旋度符號將式子(6-2)兩邊去除旋度操作符后可以得到其中，Es為一個(gè)未知的常量。將(6-17)帶入(6-8)中可以得到3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型將公式(6-9)的兩邊3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

渦電流密度洛侖茲力電流密度磁化電流密度磁致伸縮電流密度磁致伸縮場強(qiáng)度矢量考慮EMAT的二維模型，則3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型渦電流密度洛侖茲力電3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

2激發(fā)過程模式方程

在激發(fā)模式中，動態(tài)磁場是由工件上放置的載流線圈產(chǎn)生的。這一電流在EMAT線圈導(dǎo)體中提供源電流密度Jsz,。前面曾提及在式子(6-8)和(6-9)中涉及u和S的項(xiàng)相對于其他項(xiàng)很小，僅在接收模式中考慮。由于JLz，JMz，JMz含有u和S，這些電流密度相對于其他項(xiàng)很小，可以忽略。源電流密度Jsz可以用第k個(gè)導(dǎo)體的整個(gè)電流ik(t)和Az表示將(6-27)帶入(6-26)中，可以得到下面的微積分方程3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型2激發(fā)過程模式方程在3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

根據(jù)牛頓定律對于各向異性固體的非均勻彈性波方程，電動力密度可以得出總力密度可以分解表面牽引力密度和體力密度體力密度可以分解成3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型根據(jù)牛頓定律對于各向異3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

將式子(6-40)的帶入(6-31)可以得到將式子(6-30)帶入(6-41)得電磁超聲換能器激發(fā)模式位移矢量的求解方程。3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型將式子(6-40)的帶3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型

3接收過程模式方程在接收模式中，聲波在靜態(tài)磁場的作用下會產(chǎn)生一個(gè)動態(tài)的磁場。這個(gè)動態(tài)的磁場會在工件上放置的開環(huán)提取線圈中感應(yīng)出一個(gè)電壓。由于提取線圈都是開環(huán)的，因而線圈導(dǎo)體中的總電流ik(t)應(yīng)為零。則式子(6-27)可以簡化為結(jié)合式子(6-26)和(6-43)可以得到根據(jù)法拉第定律和斯托克定理求解提取線圈中的感應(yīng)電壓3電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)學(xué)模型3接收過程模式方程在4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

1建立模型在激勵線圈中根據(jù)公式(6-29)通以激勵電流，設(shè)有窗的聲脈沖信號包含有5個(gè)周期，信號的幅值為100安培，信號的頻率為500kHz4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬1建立模型在激勵線圈4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

瞬態(tài)激勵電流4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬瞬態(tài)激勵電流4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

2電渦流的趨膚效應(yīng)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬2電渦流的趨膚效應(yīng)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

3電渦流分布的影響因素分析4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬3電渦流分布的影響因素4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

4EMAT超聲激發(fā)的數(shù)學(xué)仿真4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬4EMAT超聲激發(fā)的4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

計(jì)算得到的洛侖茲力在時(shí)間和空間的分布即作為彈性動力，在被測件中激發(fā)出超聲。根據(jù)惠更斯原理，對于各向同性的固體，位于被測件表面離散輻射點(diǎn)源所產(chǎn)生的體波場的輻射角由下式計(jì)算。感應(yīng)電渦流受到靜磁場的作用，根據(jù)公式(6-49)受到了x方向的洛侖茲力4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬計(jì)算得到的洛侖茲力在時(shí)4電磁超聲檢測技術(shù)-數(shù)值模擬

5EMAT超聲接收的數(shù)學(xué)仿真EMAT物理原理上是一個(gè)可逆的換能器，當(dāng)有超聲回波經(jīng)過EMAT下方的被測導(dǎo)體時(shí)，超聲波促使金屬晶格振動，這種振動與偏置磁場相互作用感生出電渦流場，或者由于逆磁致伸縮效應(yīng)將在金屬外界的空氣中產(chǎn)生矢量磁位，這一矢量磁位在接收線圈上產(chǎn)生瞬變電壓或電流，EMAT就是根據(jù)接收到的感生電壓或電流信號來探測超