電磁�換能�(EMAT)是一種新型的利用電動力學法在導電金屬中產(chǎn)生超聲波的裝�,它具有非接觸檢測、不需�耦合介質(zhì)、可應用于自動、高速檢�、遠距離危險�(huán)境下的檢�、高溫狀�(tài)檢測等特�。對于實際檢測工作有十分重大的意��
電磁聲換能器基本結構如圖所示�
將通有交變電流的激磁線圈至于導電金屬之�,線圈產(chǎn)生的交變磁場作用于導電金屬并感應出渦電流,該渦流位于另一外加恒磁場(如磁鐵或直流電磁鐵)中時,帶電質(zhì)點在磁場中流動時受到垂直于磁場方向和�(zhì)點運動方向的�-洛倫茲力作用而發(fā)生位移,從而激�(fā)出超聲波,視作用力的分力方向(水平分量與垂直分量)可以同時激�(fā)出縱波與橫波,其頻率與通入交變電流的頻率相��
在圖�,Bz為方向平行與板面的磁感應強度,Br為方向垂直與板面的磁感應強度;g為渦流的電流密度,它與輸入電流方向相�。根�(jù)右手定則可確定洛倫茲力F的方向在(a)中垂直于Bz與g的平面(垂直于板面)--激�(fā)縱波,在(b)中垂直于Br與g的平面(平行于板面)--激�(fā)橫波�
根據(jù)電磁感應原理,在感應磁場B中作用于以速度V移動的電荷e上的力F(即洛倫茲力)有:F~eVB。當把通有交變電流i的線圈置于導電體上時,導電體中的微小體積元dV中感應出以e和V確定的電流密度為g的渦電流。因此:F~gB,矢量g、B和F相互垂直且g與i反向(注�,由于交變電流存在趨膚效�,故dV應是靠近導電體的表面��
在接收超聲波(如反射回波)時,響應于聲壓作用力使體積元dV在恒磁場B中振�,因此受力F’~eV’B,V’為振動速度。此力使帶電�(zhì)點運動產(chǎn)生電流密度為g的交變電流即渦流。該渦流使配置在導電體上的檢測線圈中感應�(chǎn)生感應電勢(感應的交變電流)作為接收信號,其頻率與接收到的超聲波有相同的頻率,其大小則隨磁場的增大而增��
電磁-聲換能器的優(yōu)點是可以不與被檢測的導電體接觸而進行超聲波檢�,如軋鋼生產(chǎn)線上的在線高溫自動化超聲檢測,其缺點是目前的檢測靈敏度還較低,通常如采用�8-10mm平底孔作為檢測靈敏度當量對比標準�
電磁聲換能器可按提供偏置磁場的方式分為電磁鐵式和永磁體式兩大�。探頭線圈也可分為螺旋線圈和曲折線圈兩類。采用電磁鐵提供偏置� �(yōu)點是結構相對簡單� 成本�� 并且磁路中的非線形元件少� 缺點是體積相對較�� �(fā)熱現(xiàn)象比較嚴重�
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