电磁超声无损检测技术的ANSYS仿真研究(3)

石油天然气的管道输送在国民经济中占有极为重要的战略地位，其基本要求是保证其安全、高效地运行，因而需要定期或不定期地对在役管道进行检测以评价其安全性。工业发达国家均非常重视油气管道检测技术的研究和开发。目前我国在役管道约二万公里，随着我国海上油气资源的开发及“西气东输”工程的投资，管道检测技术的需求将变得越来越迫切。 目前世界各国已研制出漏磁法、超声法、涡流法、电磁超声、X射线等不同原理的管道无损检测器，并配以先进的信号处理和数据存贮系统，可以检测管道壁厚变化、腐蚀坑、裂纹及所承受的应力等，并进行缺陷的大地定位。这些检测方法各有优缺点，适用于不同特点的检测。其中电磁超声技术以其精度高、不需要耦合剂、非接触、适合于高温检测、移动检测和相控阵操作，以及容易激发各种超声波型等优点，正越来越受到人们的关注和重视。其缺点为换能效率低，信号微弱，这是检测中要克服的主要困难之一。 电磁超声换能器(ElectromagneticAcoustic/UltrasonicTransducer,EMAT)的理论基础主要是两种效应，一种是洛伦兹力，另一种是磁致伸缩。当一载有交变激励电流的线圈靠近被测金属表面时，将在金属内感应出涡流，若此时存在一个静态偏置磁场，由于洛伦兹机制将在金属中产生交变的作用力，这种变化的力将激发出超声波。基于磁致伸缩机制的EMAT仅适用铁磁质或磁性材料的检测。同时EMAT为一个可逆的换能器，它可用来接收超声波。 论文在回顾多年来EMAT技术发展和应用，总结前人研究成果的基础上，对EMAT的电-声换能机理进行了探讨，根据EMAT的作用过程，将一个完整的EMAT分为三个关联的场：电磁场、作用力场和超声波场，根据媒质磁化的Ampère模型和系统动量定律，推导了与EMAT有关的电磁场方程和弹性动力学方程式，给出了EMAT系统的动能力表达式，同时还推导了EMAT的电磁和应力边界条件。 论文采用残数加权有限元方法对电动力学方程及弹性动力学方程进行数值求解，仿真了检测试样中脉冲电涡流的分布。同时将这些求解得到的电涡流分布与弹性动力学方程式相耦合，仿真得到了各向同性线性媒质中的瞬态超声波。为了减小编程的复杂度和程序计算时间，文中采用有限元和有限时间步的计算方法求解二维场中电动力学和声学波动方程。在分析仿真结果的基础上讨论了材料特性、结构参数等对EMAT性能影响，研究了考虑源电流分均匀分布的EMAT有限元算法。同时，文中还对磁致伸缩产生超声进行了数学分析，推导了产生Lamb波的与磁致伸缩力有关的磁致伸缩应变系数的计算方法，分析了偏置磁场的幅值及加磁方向对EMAT性能的影响。结果表明，在铁磁

电磁超声无损检测技术的ANSYS仿真研究

及相应电路设计的指导性作用。 此外，论文在充分考虑管道检测特殊性的基础上，对管道检测中可能遇到的问题进行了一些理想化的假设，设计了EMAT用于管道检测的总体方案及EMAT管道检测系统的硬件方案和软件模块，重点探讨了管道检测超声波模式的选择、缺陷检测和壁厚测量的EMAT换能器设计等问题，并针对管道EMAT检测中缺陷内部定位问题，提出了一发多收式的EMAT布置方案，并研究了相应的信号处理技术。

4.学位论文 任晓可 电磁超声技术在钢板缺陷检测中的研究 2008

新兴的电磁超声技术基于电磁感应原理激发超声波，因不需要耦合介质等优点，引起了无损检测领域的高度重视，本论文即以电磁超声无损检测技术在钢板缺陷检测中的应用为重点进行研究。 本文首先介绍了EMAT技术发展和应用的历史，对EMAT的换能机理进行了探讨，研究了电磁超声系统的基本理论，在此基础上对电磁超声检测系统进行了有限元分析。建立了EMAT激发系统的二维有限元模型，分别在激励线圈中加载瞬变电流和高压脉冲激励，研究了由两种不同激励所产生的感应交变磁场、感生电涡流和洛仑兹力的情况。分析了磁导率、电阻率、提离距离等因素对电涡流的影响。通过在被测导体表面设置不同的缺陷类型，建立了缺陷下的二维仿真模型，研究和分析了不同缺陷对被测导体表面感应磁场和感生电涡流的影响情况，为实验研究和系统优化奠定了基础。 在理论研究和仿真分析的基础上，对电磁超声检测系统进行了设计。研究了电磁超声换能器的励磁方式，比较了永磁体、直流电磁铁和交流电磁铁的特点，同时分析了几种不同形状的激励线圈，对EMAT的探头线圈进行了优化设计。基于直接数字频率合成技术，研究设计了激发电磁超声的正弦波脉冲串发生器，并研制了相应的功率放大系统。针对电磁超声接收信号微弱的特点，设计相匹配的前置放大器和主放大器，放大了接收到的微弱电压信号。 进行了一系列的缺陷实验研究，并提出了一种基于传统傅立叶变换的非线性自适应的时域信号处理方法，对被噪声严重污染的电磁超声回波信号进行了处理，得到了良好的效果。对缺陷与被测导体表面的角度，激励脉冲的个数等影响检测结果的因素进行了实验分析和研究，得出了它们和检测结果之间的关系。

5.会议论文 王淑娟.康磊.翟国富 电磁超声换能器优化设计综述 2007

电磁超声换能器(EMAT)是一种非接触型超声波发射、接收装置,因工作时无需声耦合剂、无需对试件预处理等诸多优点而有效扩展了超声无损检测技术的应用领域。EMAT包含3种换能机理，且试件参与能量转换过程。 工作机理的复杂性以及待测试件的多样性等特点致使其设计多以较为盲目的经验为基础。因此,换能器的效率等诸多性能均不尽如人意,严重限制了该技术的进一步推广。为了从根本上改善或解决上述缺陷,学者们以优化装置性能为目标对电磁超声换能器展开了广泛而深入的研究,提出了多种优化设计方法,开发了专用设计工具,改进了换能器结构,并实现了EMAT的部分关键性能的初步优化。本文以国内外发表的文献为基础,对EMAT优化设计的研究现状进行了综述。 本文较为全面地总结了EMAT的换能效率、探头体积、对提离效应的敏感度等优化研究对象,综述了基于建模、基于实验的优化设计方法及其特点,结合电磁超声技术的应用需求和现有研究中存在的不足对EMAT优化设计的研究趋势进行了展望。

6.学位论文 李莺莺 油气管道在线内检测技术若干关键问题研究 2006

油气管道在线检测技术是保障管道运输安全的重要手段,管道在线检测的原理有多种,漏磁法和超声波法的应用最为广泛.新兴的电磁超声技术作为一种激发原理特殊的超声,因不需要耦合介质等优点,引起了无损检测领域的高度重视,本论文以管道检测的漏磁技术和电磁超声技术为重点进行研究.针对缺陷漏磁检测定量化、智能化的难题,结合油气管道检测现场的实际需求,通过理论分析和大量实验,系统分析了管道缺陷漏磁检测技术.首先根据漏磁检测的工作原理,引出基于解析法的偶极子管道缺陷理论模型,并分别以有限长矩形、无限长矩形和锥形缺陷为例做了相应的漏磁场分布研究.针对磁偶极子模型的不足,将有限元法应用到缺陷漏磁场分析中,实现了常见管道样本缺陷的漏磁场仿真.研究了漏磁信号特征的有关影响因素,例如缺陷的外形尺寸、传感探头提离距离、检测仪移动速度、管壁磁化水平、磁铁形状和管道内应力等,得到了各种因素对漏磁检测的影响规律,为相关补偿提供了理论指导.研究了感应线圈漏磁检测信号的小波去噪方法,并详细阐述了应用插值技术去除坏死通道的影响的方法.引入缺陷漏磁信号的模式识别方法,根据实测信号典型管道附件的信号特征,对环焊缝、直焊缝和螺旋焊缝进行了模式识别研究,同时根据缺陷尺寸参数识别结果采用最大安全工作压力方法进行 …… 此处隐藏：3234字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……