【摘要】：電磁超聲換能器(Electro Magnetic Acoustic Transducer,EMAT)以其不需耦合劑、非接觸、耐高溫及適用于高速移動(dòng)件等特點(diǎn)成為超聲檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。被測(cè)件的屬性、換能器的提離距離、高頻激勵(lì)下的趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)及高溫等會(huì)改變換能器的阻抗特性,阻抗失配導(dǎo)致電磁超聲激勵(lì)器承受較大的反射功率,甚至?xí)䶮龤Ъ?lì)器。針對(duì)這種問(wèn)題,本文提出一種諧振型電磁超聲激勵(lì)器設(shè)計(jì)方案。通過(guò)理論建模和仿真分析,基于EMAT等效電路模型實(shí)現(xiàn)雙諧振提升輸出電壓增益,利用蒙特卡洛分析給出諧振參數(shù)的靈敏度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果。研究結(jié)果為諧振型電磁超聲激勵(lì)器及檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)并奠定基礎(chǔ)。本文首先針對(duì)電磁超聲換能機(jī)理進(jìn)行分析并建立EMAT的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)對(duì)EMAT的阻抗特征進(jìn)行了建模。建立換能過(guò)程中多場(chǎng)耦合控制模型并基于有限元仿真分析對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。研究換能器在不同激勵(lì)持續(xù)時(shí)間下磁通密度、渦流場(chǎng)、洛倫茲力及超聲應(yīng)力場(chǎng)的變化情況,通過(guò)分析多場(chǎng)耦合分布特性得出EMAT的簡(jiǎn)化等效電路模型,為諧振型激勵(lì)器的研究打下基礎(chǔ)。其次,建立諧振型電磁超聲激勵(lì)器的模型并進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析。根據(jù)本文提出的諧振型拓?fù)涞臅r(shí)/頻域分析結(jié)果,建立Matlab/Simulink仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證。為優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)方法,對(duì)諧振電路的電壓/電流靈敏度進(jìn)行分析,并利用Pspice軟件基于蒙特卡洛分析方法,使用400采樣點(diǎn)得出了統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。最終得到諧振型激勵(lì)器的優(yōu)化方法及實(shí)現(xiàn)原則。在研究的過(guò)程中,通過(guò)改進(jìn)諧振拓?fù)湟种浦C振拖尾現(xiàn)象。改進(jìn)后的諧振型電磁超聲激勵(lì)器輸出準(zhǔn)正弦波脈沖,有效地抑制高次諧波干擾,為實(shí)現(xiàn)非線性EMAT檢測(cè)提供了依據(jù)。最后,通過(guò)設(shè)計(jì)全橋逆變器、驅(qū)動(dòng)電路、緩沖保護(hù)電路及軟件設(shè)計(jì),研制了高溫諧振型電磁超聲激勵(lì)器,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)不同脈沖持續(xù)時(shí)間、輸出功率及效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這種方法可以實(shí)現(xiàn)近16倍的電壓增益,效率可達(dá)到90%以上,證實(shí)這種方法簡(jiǎn)便、有效并具有應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

2 電磁超聲換能器建模與機(jī)理研究2 電磁超聲換能器的建模與機(jī)理研究磁超聲換能機(jī)制磁超聲檢測(cè)系統(tǒng)包括電磁超聲脈沖發(fā)射/接收器、被測(cè)試樣及信號(hào)分據(jù)采集板卡、示波器等）如圖 2.1。其中，激勵(lì)線圈的形狀為螺旋形提供靜磁場(chǎng)，不同形狀的線圈可以激發(fā)出不同模態(tài)的電磁超聲波。沖激勵(lì)器可以工作于單工模式（發(fā)射/接收探頭分離），也可工作于雙/接收一體）。N電磁超聲換能器示波器

induced=F J ×B渦流密度，，通過(guò)上述分析得到了 E的有效性，本文將使用有限元建控制方程對(duì)其驗(yàn)證，同時(shí)得到 EMA及模型驗(yàn)證圈的 EMAT 幾何裝置如圖 2.9，它可跑道和曲折型等形式。不同形式的線超聲波應(yīng)用于特定的場(chǎng)合。螺旋形 跑道型 曲折形激勵(lì)線圈線間距被測(cè)試樣永磁鐵激勵(lì)線圈的形狀
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB302.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698504