32.电磁超声换能器研究与设计（可编辑）

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1、32.电磁超声换能器研究与设计 远程教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目 电磁超声换能器的讨论与设计 姓名与学号 朱强 714128202250 班级与专业 14秋华家池专本2班 电 气 学习中心 浙大校内直属学习中心（华家池） 指导老师 许 诺 浙江高校远程教育学院本科生毕业论文（设计）诚信承诺书 1.本人严肃地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导老师的指导下严格根据学校和学院有关规定完成的。 2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以解释和说明。 3.本人承诺在毕业论文（设计）选题和讨论内容过程中没有抄袭他人讨论成果和伪造相关数据等行为。 4.在毕业论文（设计）中对侵害

2、任何方面学问产权的行为，由本人担当相应的法律责任。 毕业论文（设计）： 朱强 2022年 10 月 29 日 论文版权使用授权书 本论文完全了解 浙江高校远程教育学院 有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江高校远程教育学院 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采纳影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。 毕业论文（设计）签名：朱强 2022年 10 月 29 日 摘要 电磁超声换能器(EMAT)是一种鉴于电磁超声转换技术的新型电声转换器。同时，它也是一款集超声波放射、接收装置于一体的非接触型换能器。由于电磁超声

3、波无损技术在进行作业的时候是不需要有介质耦合的，也无需对试件进行筹备处理等诸多优点，故其检测时的温度可以高达1000，对一般的被探测的工件表面也无需经过特别处理，可以直接进行无损处理，因此电磁超声换能器广泛的应用在超声无损检测技术领域中。 本讨论主要是对电磁超声换能器的工作原理进行讨论以及在现有的电磁超声换能器的基础上对其进行优化设计。结合国内外发表的文献为讨论基础，对电磁超声换能器的讨论现状进行调查分析，总结电磁超声换能器各参数对其转换效率的影响，针对现有讨论中的不足对其进行优化设计。 关键词：毕电磁超声换能器； 超声无损检测； 调查分析； 优化设计 名目 摘要 I 第1章 绪论 1 第2章

4、 电力负荷理论 2 2.1电力负荷预料基本模型和方法 2 2.2模糊规律理论概述 2 2.3人工神经网络概述 3 2.4模糊神经网络概述 4 第3章 混合模糊神经网络相关数据处理方法 5 3.1样本负荷数据的预处理 5 3.1.1样本负荷数据的收集和处理 5 3.1.2样本负荷数据的归一化处理 6 3.2影响因素的模糊化处理 6 3.3模糊神经网络模型的设计 6 3.3.1网络层数的设计 6 3.3.2网络节点数的设计 7 第4章 负荷预料结果及分析 8 4.1预料模型计算一般步骤 8 4.2 一些留意事项 8 总结 9 参考文献 10 致谢 11 一、绪论 1.1讨论讨论背景 传统的超声波产

5、生方式主要是经过压电换能器实现的，固然它的结构设计起来比较精炼，换能的效率也比较高，但是在使用的时候常常需要耦合剂作为耦合介质，而且有的时候还需要对试件进行事先的筹备处理工作，而且在温度测量技术上存在诸多限制。 王仲生万小朋无损检测诊断现场有用技术机械工业出版社,2022.1147 随着国内点次声波换能技术的不断进步，为国内超声波无损检测技术的进展指明白道路，人们将利用电磁超声转换技术来弥补传统换能技术中的不足之处。所说的电磁超声指的是经过洛伦兹力理论和磁力伸缩原理，来达成不用接触就能被激发的新型技术，相对于传统的压电超声换能器其具备以下优点： 1）可以轻易的经过转变电磁场的方向和大小，来产生

6、不同需要的各种超声波，例如兰姆波和表面波。在对待测物体进行测量的时候经过磁电转换产生兰姆波，其产生的兰姆波是经过线扫描的方式对待测物进行大范围的迅速高效率的检测，相比较传统的逐点体波扫描方式要便利许多，为测试节约了许多的时间，大大的提高了检测工作的效率，在板材无损检测方面应用特殊广泛。 2）可以实现在不需要接触待测物体的前提下对待测物体进行测量，有效的避开了在待测物不便利进行预先处理的问题，也解决了在使用耦合剂时对测量精度存在影响的问题。 3）由于可以实现非接触的测量形式，所以在测量的温度上也有了大大的提高，一般可以达到上千度以上，同时对高速运动的物体的测量也是可以很便利的是实现的。 由于电磁

7、超声换能器拥有的这些优点，打算了其在材料无损检测，运动物体运动过程中各参数的测量上的广泛应用，介于其在测量领域上存在的巨大的潜力，国内外学术界以及工程界都对其产生了深厚的讨论爱好。为了实现电磁超声能够在工业领域上得到推广，各讨论者早已对其进行了深化的讨论，盼望能够在电声转换效率上得到显著的提高，这样子就可以大大提高工业设计与检测上的效率，提高工业自动化水平有的突出重要的讨论意义，也是学术讨论笃定了突出有价值的讨论方向。 而电磁超声换能技术存在的非接触换能问题也让众多优秀设计师费尽了心思： 1）在能量转换的过程中，有不同能量同时转换的现象。在电磁场，力场和声场的相互作用下，换能过程变得突出的繁杂

8、，在理论上对其过程很难进行分析理解，因此只能经过试验对其进行讨论设计。 2）由于经过多种能量的相互转换，导致电磁超声换能器在换能效率上突出的低，而且需要的激励电源的频率的要求还很高，因此在硬件设计上存在很大的困难。 3）超声波的回波信号的振幅比较小，与传统的压电超声换能器相比较，信噪比明显下降，幅值下降了40分贝左右，因此在设计过程中和还要对回波信号进行繁杂的后期处理。由于电磁超声换能器存在的设计困难，使得目前电磁超声换能器还只能停顿在试验讨论阶段，还未正式进入工业测试应用当中。 超声波探伤编写组编超声波探伤电力工业出版社,1980.225246 不过，随着近几年来电子科技技术的迅速进展，为电

9、磁超声换能器步入工业检测领域供应了强有力的后盾。尤其是近几年在MOSFET管工艺上的进步，MOSFET管可以实现电路大电流的经过，而且可以实现迅速有效的开关动作掌握，这项技术可以为电磁超声换能器提高稳定的牢靠的高频高压放射回路，极大程度得提高了换能器的放射功率。此外的，随着集成电路的迅速进步以及芯片封装工艺的创新优化，许多器件采纳先进的集成封装形式，这样也削减了一大部分的噪声的产生，让芯片的噪声的幅度有着显著的降低，经过这些技术的改良，在必定的程度上解决了电磁换能器转换效率低的问题。所以只需要在电磁超声换能器的电路设计方面以及超声波放射端进行改进就可以让其变得更加有用化了。 1.2国内外讨论进

10、展 从20世纪六十年月开头，很多发达国家，例如英国、美国、德国、日本等早就开头了对电磁超声技术的理论以及试验进行了较为全面的讨论。主要的讨论方向就是针对如何提高电磁换能器转换效率低的问题进行讨论。 张志刚等兰姆波的电磁超声磁致伸缩式激励及其特性J.上海交通高校学报.2022,40(1):133137 国内对电磁超声转换器的讨论起步比起国外的相对晚一些，但是随着国内工业上对无损技术的需求的不断增加，驱使着越来越多的人投入到电磁超声技术的讨论开发当中去，国内的讨论队伍也随之不断扩增，经过长期阅历的积累和总结，国内在电磁超声技术上已经取得了突出性的成就。不过由于起步太晚，以及在芯片制造工艺上和其他发

11、达国家还是存在必定的距离，导致在该领域上与其他发达国家还是有不小的差距。 1.3主要讨论内容 在本篇论文中主要讨论电磁超声换能器的基本工作原理，主要组成部分，试验系统的组成。一些相关试验，来发觉电磁超声换能的的优点与不足，尽可能的用电磁超声换能技术来代替传统技术。最终用ansys软件对的试验进行验证。再然后对做的全部工作进行总结。 二、电磁超声换能器的工作方式 2.1电磁超声换能器的放射原理和接收原理 1.洛伦兹力工作原理 图2-1-1洛伦兹力工作原理图 在电磁铁为换能设备供应磁场H的偏置磁场时，经过向激励线圈接通电力J开形成狡辩磁场hd，进而经过狡辩磁场，在导体元件外表产生涡流js，在涡流j

12、s作用下，磁场同狡辩磁场产生狡辩涡流，进而形成洛伦兹力FL。而导体试件在洛伦兹力的作用下又会展露程度较为猛烈的震惊，在这样的震惊，导管元件内部就会产生各种形式不一的超声波，值得留意的是，导管元件内部的超声波和交变电流超声波频率全都。 任晓可.电磁超声技术在钢板缺陷检测中的讨论D.天津天津高校.2022 电磁超声接收原理其实就是电磁超声激发原理的逆应用，当换能器接收到传播来的超声波信号的时候，超声波就会引起电磁铁四周的特别材料的震惊，由于这种物质四周布满电磁场，其受到超声波撞击后引起的震惊，将在其两端感生出涡流效应，随着超声波不断地有规律的撞击，其感生的涡电流也是周期的变化的，在周期内不断变动的

13、涡电流四周，还会展露交变磁场，进而在接收设备四周形成电动势，只要将电路衔接，回路就会导通，进而就会形成电流信号，然后就将接收到的小电流信号经过放大器，经过放大器的放大，然后整流，这也就是所谓的回波信号。经过这样的一系列变换进而实现超声波信号的接收。不过在进行很多次试验后，证明白电磁超声换能的效率很低，与传统的压电超声换能器相比较要低的多，所以在接收超声波信号的灵敏度上存在很大的影响，因此，电磁超声换能器需要一个功率比较大的放射极为其供应放射所需的能量，进而削减信噪比。 电磁超声是由磁铁、线圈和被测试件这三部分组成的，实际上来说，EMAT的接收和放射是由这三部分相互影响工作的，相互影响工作过程看

14、图2所示。 图2-1-2电磁超声的组成相互影响工作过程 2.1.2磁致伸缩力的工作原理 假如试件是由铁质材料做成，那么高频电流形成的磁场同样能够在必定时间内转变为具有磁力的试件，进而形成此致伸缩效用。此时电磁超声设备不光洛伦兹力的影响，而且受到磁致伸缩力的影响。因磁场作用力减弱而形成的磁致伸缩效用，是造成电磁超声的最重要的缘由。这里所说的磁致伸缩只得是在材料磁性因各种因素发生变化时，材料的体积、形状以及长度等也随之发生转变的状况。这种转变是由磁场力大小打算的。 R.Bruce Thompson.A model for the Electromagnetic Generation and Det

15、ection of Rayleigh and Lamb WavesJ,IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic.1973,14:340346 其转变形式主要有三种：也就是线性磁致伸缩，体积磁致伸缩和因磁场力消退而造成的形状转变。之所以会展露磁致伸缩的状况，是由于材料温度变化，引发了自发磁化现象，造成材料内展露极大的磁畴。在不受外部磁场作用的状况下，磁畴随机排列且晶体形状不会发生变化。在受到外部磁场作用力影响时，磁畴排列形式发生转变，从由外磁场的位置转向到内磁场上，而且其晶体也会发生极大程度的变形，并造成材随着磁场作用力的方向进行延长或者内缩。同时手激励电流磁化的影响，材料会在周期内发生变形，进而形成弹性波，而造成弹性波的诱因则是线性磁致伸缩。假如为电磁超声换能设备供应适当的磁作用力，那么洛伦兹力和磁致伸缩李就会层层相叠，并不是相互抵消。 2.2 电磁超声换能器常见的波 经过收集和总结，总结出来常常用的磁铁外形、线圈外形和磁铁与线圈搭配在一齐产生的波。分别由下图所示。 图2