[实用新型]一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器

说明书

本实用新型激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器包括上磁铁、下磁铁、待测试件、上激励线圈与下激励线圈，上激励线圈设置于待测试件上方，下激励线圈设置于待测试件下方，上、下激励线圈之间用导线连接，且上、下激励线圈在竖直方向投影重合。上磁铁设置于上激励线圈上方，下磁铁设置于下激励线圈下方，上磁铁与下磁铁相互平行且在竖直方向上投影重合。激发对称模态时，上磁铁与下磁铁安装的极化方向一致且垂直于待测试件；激发反对称模态时，上磁铁与下磁铁安装的极化方向一致且平行于待测试件件。通过改变磁铁的极化方向和激励线圈电流的方向，使得待测试件内部产生超声振动的洛伦兹力方向改变，进而选择性地激发对称模态和非对称模态的Lamb波。

技术领域：

本实用新型涉及电磁超声无损检测技术，具体为一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器。

背景技术：

电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer，简称EMAT)是一种激发和接收超声波的装置。该装置无需声耦合剂，结构简单，可以方便地激发多种模式的超声波，可实现非接触、高温、快速测量，因此广受研究者关注。在金属导体中激发电磁超声，通常有两种方法，一种是基于洛伦兹力机理，一种是基于磁致伸缩机理。基于洛伦兹力的电磁超声换能器通常用于非铁磁性导电材料的检测，通常由磁铁，线圈和检测试件组成，线圈设置在待检测试件上，磁铁设置在线圈上面。检测时，在发射线圈中施加猝发激励信号，线圈在待测试件上感应出与激励信号同频率的电涡流，电涡流在磁铁的静态偏置磁场作用下在待测试件中产生洛伦兹力，在动态洛伦兹力作用下待测试件中产生超声波，超声波接收的过程就是超声波激发过程的逆过程。

通常使用Lamb波对铝板等板材进行检测。根据铝板中Lamb波的频散曲线(如图1所示)，根据Lamb波在板中的位移形式不同，将Lamb波分为对称模式和反对称模式，其中对称模式包括S0，S1，S2等等，反对称模式分为A0，A1，A2等等。在激发Lamb波时，在同一频厚积下会同时激发出多种模态的Lamb波，这给后期的信号处理和损伤识别带来极大的困难。所以，检测时采用的频厚积通常小于S1和A1模态的截止频厚积，这样检测信号中理论上将只存在A0和S0两种模态。在频厚积较小时，A0和S0模态的波速有较大差异，使得检测时直达信号和缺陷反射信号难以辨识，因此激发出单一模态的Lamb波(A0模态或者S0模态)对于利用Lamb波进行无损检测尤为重要。目前的激发Lamb波的办法是，先确定需要激发的Lamb波模态，根据频散曲线上频厚积与需要激发的模态的相速度，计算出相对应波长来设计的回折线圈线间距，再根据所选择的激励频率来激发相对应的Lamb波。由于同一频厚积条件下，同时存在多个模态，因此激励出来的Lamb波总是存在多个模态。这在很大程度上限制了电磁超声换能器的应用，因此，非常有必要研制新的换能器结构来有效地激发单一模态的Lamb波。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器及其工作方法，该换能器采用二个线圈和二个磁铁，通过改变磁铁的极化方向，改变待测试件中所产生的洛伦兹力方向，实现单一模态Lamb波的激发、获得更高的信噪比和换能器灵敏度、提高信号的辨识度等目的。

本实用新型采用如下技术方案：一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器，换能器包括上磁铁，上激励线圈，待测试件，下激励线圈，下磁铁，所述上激励线圈设置于待测试件上方且与待测试件不相接触，下激励线圈设置于待测试件)下方且与待测试件不相接触，上激励线圈与下激励线圈结构相同，并且在竖直方向投影重合，上磁铁设置于上激励线圈上方，下磁铁设置于下激励线圈下方，上磁铁与待测试件下方的下磁铁在竖直方向上投影重合，且上磁铁与下磁铁相互平行。

进一步地，激发对称模态Lamb波时，所述上磁铁与下磁铁安装的极化方向一致且垂直于待测试件；激发反对称模态Lamb波时，所述上磁铁与下磁铁安装的极化方向一致且平行于待测试件。

本实用新型还采用如下技术方案：一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器的工作方法，其特征在于：激发对称模态Lamb波时，包括如下步骤：