电磁声无损检测技术.ppt

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1、电磁声无损检测技术Electromagnetic Acoustic Non-destructive Testing,报告人 郑阳 时 间 2013年9月13日,内容提纲,内容提纲,概述1.电磁声检测,电磁超声传感器（EMAT,Electromagnetic Acoustic Transducer）是一种通过将电磁能转化为超声波的换能器。它是一种与压电传感器并列的超声波激励接收换能器。,电磁声？电磁超声？电磁导波？,概述1.电磁声检测,概述2.基本原理,Motor,Generator,激励过程,接收过程,电磁场,概述3.可产生的超声波模式,Guided Wave in pipe or rods,

2、概述4.主要优点,可产生独特的波模式,概述4.主要优点,EMAT检测无需耦合剂,概述5.存在问题,目前存在的主要问题,转换效率相比压电较低,需要宽带、大功率、线性的激励电路,需要大增益、高信噪比的采集电路,需要对传感器的激励、接收性能做大量优化设计,理论尚不完备,是一个多场耦合的问题,对详细作用机制认识尚不完全,概述6.可执行的检测,对于导体材料，几乎所有采用压电传感器执行的超声检测，均可采用EMAT传感器作为执行传感器。如：,测厚,由于EMAT自身的特点具有优势的应用场合，如：,隔防锈漆层进行测量,A型脉冲探伤,斜入射探射,TOFD检测,相控阵检测,板波检测,管道导波检测,管、板自动化在线检

3、测,高温检测,宜于产生约1080的SV斜入射声束，特别适用于奥氏体焊缝等粗晶材料检测,采用单一S0或SH0模态的板或管检测,内容提纲,研究与挑战1.研究,关于EMAT应用于无损检测的最早文献,R.H.Randall,F.C.Rose and C.Zener,Physical Review,56,p.343,(1939).,关于EMAT应用于超声无损检测的最早的专利,J.R.Houck,et al,Ultrasonic Transducer,Patent 3,460,063,Aug.9,1969.J.R.Houck et al,NDT of Conductive Objects Patent 3

4、,583,213,June 8,1971.,Cornell University,北京钢铁研究院探伤组.电磁声探伤实验.物理学报(1977).,研究与挑战1.研究,关于EMAT的早期应用,管道猪,火车钢轨检测,无缝钢管检测,钢板生产线,研究与挑战1.研究,EMAT研究SCI论文时间分布（1976-2012）,研究与挑战2.挑战,提高EMAT的转换效率,激励、接收性能优化大功率激励电路的实现大增益高信噪比的前置放大器,理论模型的完备,更多材料作用机理的认识多场耦合模型的完整求解,工业应用与推广,检测标准化检测的适用性设计,GB 20935.1-2007-T 金属材料电磁超声检验方法 第1部分：电

5、磁超声换能器指南GBT 20935.2-2009 金属材料电磁超声检验方法 第2部分：利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法GB 20935.3-2009-T 金属材料电磁超声检验方法 第3部分：利用电磁超声换能器技术进行超声表面检测的方法,内容提纲,理论模型与求解1.理论模型,多场耦合模型,1、由线圈及固置磁场求解材料内部的电磁场,Maxwell方程,（安培定律）,（法拉弟定律）,欧姆定律,本构关系,激励过程,2、由电磁场求解材料内部的体力,洛仑兹力,磁力,磁致伸缩力,铁磁性材料,理论模型与求解1.理论模型,3、由体力求解产生的声场,接收过程,1、由固体中的弹性波在固定磁场中产生产生电磁场

6、,对于铁磁性材料，考虑逆磁致伸缩效应。,2、振动表面边界条件 求解出空气中的电磁场,3、求解线圈处的电磁场,理论模型与求解2.求解,有限元方法,理论模型与求解3.电学模型,简易等效电路模型,-Jian,X.,S.Dixon,et al.(2006).Coupling mechanism of an EMAT.Ultrasonics 44:E653-E656.-Jian,X.,S.Dixon,et al.(2006).Coupling mechanism of electromagnetic acoustical transducers for ultrasonic generation.Jou

7、rnal of the Acoustical Society of America 119(5):2693-2701.-Jian,X.,S.Dixon,et al.(2006).A model for pulsed Rayleigh wave and optimal EMAT design.Sensors and Actuators A:Physical 128(2):296-304.,内容提纲,仪器系统与传感器1.仪器系统,上位机控制分析软件,任意函数产生模块,功率放大模块,多通道自动切换模块,多通前置放大器,多通道数据采集模块,EMAT阵列,双工器,双工器,仪器系统与传感器2.传感器,超声

8、波传感器,环形线圈,蝶形线圈,蛇形线圈,弧形线圈 立体线圈,仪器系统与传感器2.传感器,S0模态传感器,-郑阳等.超声兰姆波斜入射裂纹时的散射特性.机械工程学报.2013,49(4):6-12.-郑阳等.采用超声导波阵列技术研究板类结构大面积检测.声学学报.2013,38(1):72-79.-何存富，郑阳等.基于激光测振仪的Lamb波离面和面内位移检测研究机械工程学报，2012，48(8)：6-11,仪器系统与传感器2.传感器,SH0模态EMAT,S.H.Cho,et al.,Guided wave transduction experiment using a circular magnet

9、ostrictive patch and a figure-of-eight coil in nonferromagnetic plates,Applied Physics Letters,vol.88,May 2006.,J.S.Lee,et al.,Radiation pattern of Lamb waves generated by a circular magnetostrictive patch transducer,Applied Physics Letters,vol.90,Jan 2007.,J.S.Lee,et al.,Beam-focused shear-horizont

10、al wave generation in a plate by a circular magnetostrictive patch transducer employing a planar solenoid array,Smart Materials&Structures,vol.18,Jan 2009.,仪器系统与传感器2.传感器,变频SH0模态EMAT,一种多主频组合的SH0模态电磁声传感器（国家发明）,内容提纲,典型工业应用1.管道检测,钢管电磁超声检测,管道猪携带电磁超声传感器,压电导波,磁致伸缩导波,电磁声导波,典型工业应用2.焊缝检测,电磁超声相控阵检测系统,聚焦传感器激光焊缝检测,电磁超声TOFD检测系统,典型工业应用3.板结构检测,钢板在线检测,储罐壁检测,兰姆波检测,兰姆波检测,典型工业应用4.高温检测,脉冲涡流检测高温蒸汽管道(410C),电磁超声高温探头,欢迎探讨,谢谢！,