高壓功率放大器：線圈EMAT缺陷檢測的關鍵驅動力

　　實驗名稱：變尺寸蝶形線圈EMAT的缺陷檢測能力測試

　　研究方向：隨著我國工業水平的不斷發展，在線超聲波探傷設備在兼顧板材生產效率的同時，在板材企業生產過程中也起到了檢測鋼鐵產品內部質量的重要作用，具有檢測速度快、準確度高、板面覆蓋面廣等優勢，特別是在管線鋼、容器板等對焊接要求較高的產品上，具備在線探傷能力是許多板材客戶的要求，因此超聲波探傷設備成為我國鋼鐵企業重要的在線設備。超聲波探傷設備主要有壓電式超聲波探傷設備和電磁式超聲波探傷設備，壓電式超聲波探傷設備相對技術比較成熟，缺點也比較明顯。

　　傳統壓電式超聲波（PE）檢測時將脈沖振蕩器發出的電壓加在用壓電陶瓷或石英晶片制成的探頭上，探頭發出的超聲波脈沖通過聲耦合介質進入材料并在其中傳播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途徑返回探頭，探頭又將其轉變為電脈沖，經儀器放大后進行顯示的，通常需要耦合劑才能實現與被測件之間的良好耦合，對被測件的表面質量要求較高，因而難以適用于高溫、高速和粗糙表面的檢測環境。電磁超聲檢測技術（EMAT）是指在永磁場中，強大脈沖電壓在線圈中產生脈沖電流，并在周圍產生強電磁場，輻射到被測體表面的電磁場會在被測體表面產生渦流，渦流收到洛倫磁力，洛倫磁力的方向與渦流垂直，并指向渦流的中心，表面會產生電磁超聲波。若被測體為鐵磁性材料，還會產生磁致伸縮力，洛倫磁力和磁致伸縮力兩種效應具體是哪一種起到主要作用，是由外加磁場的大小及激勵電流的頻率決定。接收效應與激勵效應互為逆過程，超聲波回波被檢測探頭接收，可對被測體進行檢測。由于上述過程是可逆的，因此從試件邊角處或缺陷部位反射回來的超聲波在外磁場作用下形成渦流，渦流磁場引起線圈兩端電壓變化，這一信號被儀器接收即可實現缺陷檢測。

　　實驗目的：通過改變線圈不同位置導線的寬度與間距，蝶形線圈EMAT不同位置導線所受洛倫茲力與激發超聲波類型的關系，為后期實驗做鋪墊。

　　測試設備：高壓功率放大器、信號發生器、示波器、前置微小信號放大器。

　　實驗過程：實驗采用ATA-4315高壓功率放大器，使用信號發生器發出超聲激勵信號，激勵信號經ATA-4315高壓功率放大器放大輸入蝶形線圈中。在洛倫茲力的作用下，鋁塊趨膚層質點產生高頻振動，在鋁板表面激發出超聲波。超聲波垂直工件表面向試件內部傳播，觸及缺陷和下表面后發生反射，由換能器接收到電壓信號，經ATA-5620前置微小信號放大器放大，實對超聲波的激發和接收，并通過示波器對回波進行采集和顯示。實驗原理圖如圖1-1。

　　圖1-1電磁超聲探傷實驗裝置示意圖

　　實驗結果：圖1-2為優化前后換能器在無缺陷位置測到的實際回波信號。實驗測得鋁合金試塊中橫波的傳播速度為2944m/s，縱波的傳播速度為5778m/s，根據試塊的厚度可計算出換能器接收到電壓信號的時間，縱波出現在t=24μs附近，橫波出現在t=47μs附近，與圖1-2中回波出現的時間一致，證明蝶形線圈EMAT在鋁塊中分別產生了橫波和縱波。對比優化前后的回波可以發現，優化后的EMAT激發的縱波幅值從5.6mV減小到1.9mV，縱波削弱了66.1%，橫波幅值從32.2mV增大到43.9mV，增強了36.3%，EMAT激發的橫波純度從5.8提升到23.1，具有很高的橫縱波幅值比，并且縱波分量淹沒在噪聲中，回波中幾乎只有單一的橫波。

圖1-2優化前后EMAT對無缺陷鋁塊檢測信號

　　?功率放大器推薦：ATA-4315

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標參數

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