仪器仪表学报

作者：胡 正，屈海峰，郭新峰，邱勋林，项延训

单位：胡 正,1. 华东理工大学上海市智能感知与检测技术重点实验室，2. 上海飞行器力学与控制研究院,,屈海峰,1. 华东理工大学上海市智能感知与检测技术重点实验室,,郭新峰,3. 中国特种设备检测研究院,,邱勋林,1. 华东理工大学上海市智能感知与检测技术重点实验室，2. 上海飞行器力学与控制研究院,,项延训,1. 华东理工大学上海市智能感知与检测技术重点实验室,

关键词：电磁超声换能器;兰姆波;磁轭结构;信号增强

基金：国家自然科学基金(12327807,12304511)、上海高校 IV 类高峰学科建设(飞行器力学与控制)项目资助

为提高单磁铁电磁超声换能器(EMAT)的换能效率以激发更高幅值的超声导波,通过仿真与实验相结合的方法,提出了一种简单易行的半封闭磁轭EMAT设计思路。半封闭磁轭EMAT由长方形永磁铁、半封闭磁轭结构、回折线圈和试件组成。首先通过仿真对比分析了3种可能的磁轭加装方案,验证了半封闭磁轭对于增强单磁铁EMAT激发效率的可行性。接着分析了半封闭磁轭的设计参数对被测物体表面涡流区域的磁场强度和信号激发效率的影响,包括磁轭结构的侧板间距、顶板间距、板厚、所用材料相对磁导率。对比原始无磁轭方案,优化参数后的半封闭磁轭EMAT在仿真中获得了近50%的激发效率提升。依据仿真结果,设计制作了加装半封闭磁轭的电磁超声换能器。在1mm厚铝板上激发对称模式的10周期1MHz兰姆波(Lamb)实验结果表明,磁铁提离距离2mm时,加装半封闭磁轭的EMAT比原始设计的信号幅值提升了40.42%;磁铁提离6mm,磁轭方案的幅值提升了31.32%。后续又在2mm厚铝板上进行了反对称模式的5周期415kHz兰姆波实验,半封闭磁轭方案在不同提离距离上带来的幅值提升亦超过30%,验证了所提方法的普遍适用性。实验所用的磁轭材料是常规冷轧钢薄板(SPCC),易获取易制备,便于应用推广。

来源：2025年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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