实验名称：变尺寸蝶形线圈EMAT的缺陷检测能力测试

　　研究方向：随着我国工业水平的不断发展，在线超声波探伤设备在兼顾板材生产效率的同时，在板材企业生产过程中也起到了检测钢铁产品内部质量的重要作用，具有检测速度快、准确度高、板面覆盖面广等优势，特别是在管线钢、容器板等对焊接要求较高的产品上，具备在线探伤能力是许多板材客户的要求，因此超声波探伤设备成为我国钢铁企业重要的在线设备。超声波探伤设备主要有压电式超声波探伤设备和电磁式超声波探伤设备，压电式超声波探伤设备相对技术比较成熟，缺点也比较明显。

　　传统压电式超声波（PE）检测时将脉冲振荡器发出的电压加在用压电陶瓷或石英晶片制成的探头上，探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大后进行显示的，通常需要耦合剂才能实现与被测件之间的良好耦合，对被测件的表面质量要求较高，因而难以适用于高温、高速和粗糙表面的检测环境。电磁超声检测技术（EMAT）是指在永磁场中，强大脉冲电压在线圈中产生脉冲电流，并在周围产生强电磁场，辐射到被测体表面的电磁场会在被测体表面产生涡流，涡流收到洛伦磁力，洛伦磁力的方向与涡流垂直，并指向涡流的中心，表面会产生电磁超声波。若被测体为铁磁性材料，还会产生磁致伸缩力，洛伦磁力和磁致伸缩力两种效应具体是哪一种起到主要作用，是由外加磁场的大小及激励电流的频率决定。接收效应与激励效应互为逆过程，超声波回波被检测探头接收，可对被测体进行检测。由于上述过程是可逆的，因此从试件边角处或缺陷部位反射回来的超声波在外磁场作用下形成涡流，涡流磁场引起线圈两端电压变化，这一信号被仪器接收即可实现缺陷检测。

　　实验目的：通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距，蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系，为后期实验做铺垫。

　　测试设备：高压功率放大器、信号发生器、示波器、前置微小信号放大器。

　　实验过程：实验采用ATA-4315高压功率放大器，使用信号发生器发出超声激励信号，激励信号经ATA-4315高压功率放大器放大输入蝶形线圈中。在洛伦兹力的作用下，铝块趋肤层质点产生高频振动，在铝板表面激发出超声波。超声波垂直工件表面向试件内部传播，触及缺陷和下表面后发生反射，由换能器接收到电压信号，经ATA-5620前置微小信号放大器放大，实对超声波的激发和接收，并通过示波器对回波进行采集和显示。实验原理图如图1-1。

　　图1-1电磁超声探伤实验装置示意图

　　实验结果：图1-2为优化前后换能器在无缺陷位置测到的实际回波信号。实验测得铝合金试块中横波的传播速度为2944m/s，纵波的传播速度为5778m/s，根据试块的厚度可计算出换能器接收到电压信号的时间，纵波出现在t=24μs附近，横波出现在t=47μs附近，与图1-2中回波出现的时间一致，证明蝶形线圈EMAT在铝块中分别产生了横波和纵波。对比优化前后的回波可以发现，优化后的EMAT激发的纵波幅值从5.6mV减小到1.9mV，纵波削弱了66.1%，横波幅值从32.2mV增大到43.9mV，增强了36.3%，EMAT激发的横波纯度从5.8提升到23.1，具有很高的横纵波幅值比，并且纵波分量淹没在噪声中，回波中几乎只有单一的横波。

　　图1-2优化前后EMAT对无缺陷铝块检测信号

　　功率放大器推荐：ATA-4315

　　图：ATA-4315高压功率放大器指标参数

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