高壓功率放大器：線圈EMAT缺陷檢測(cè)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力

　　實(shí)驗(yàn)名稱：變尺寸蝶形線圈EMAT的缺陷檢測(cè)能力測(cè)試

　　研究方向：隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，在線超聲波探傷設(shè)備在兼顧板材生產(chǎn)效率的同時(shí)，在板材企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中也起到了檢測(cè)鋼鐵產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的重要作用，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度高、板面覆蓋面廣等優(yōu)勢(shì)，特別是在管線鋼、容器板等對(duì)焊接要求較高的產(chǎn)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(shè)備成為我國(guó)鋼鐵企業(yè)重要的在線設(shè)備。超聲波探傷設(shè)備主要有壓電式超聲波探傷設(shè)備和電磁式超聲波探傷設(shè)備，壓電式超聲波探傷設(shè)備相對(duì)技術(shù)比較成熟，缺點(diǎn)也比較明顯。

　　傳統(tǒng)壓電式超聲波（PE）檢測(cè)時(shí)將脈沖振蕩器發(fā)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(fā)出的超聲波脈沖通過(guò)聲耦合介質(zhì)進(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，經(jīng)儀器放大后進(jìn)行顯示的，通常需要耦合劑才能實(shí)現(xiàn)與被測(cè)件之間的良好耦合，對(duì)被測(cè)件的表面質(zhì)量要求較高，因而難以適用于高溫、高速和粗糙表面的檢測(cè)環(huán)境。電磁超聲檢測(cè)技術(shù)（EMAT）是指在永磁場(chǎng)中，強(qiáng)大脈沖電壓在線圈中產(chǎn)生脈沖電流，并在周圍產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，輻射到被測(cè)體表面的電磁場(chǎng)會(huì)在被測(cè)體表面產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生電磁超聲波。若被測(cè)體為鐵磁性材料，還會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮力，洛倫磁力和磁致伸縮力兩種效應(yīng)具體是哪一種起到主要作用，是由外加磁場(chǎng)的大小及激勵(lì)電流的頻率決定。接收效應(yīng)與激勵(lì)效應(yīng)互為逆過(guò)程，超聲波回波被檢測(cè)探頭接收，可對(duì)被測(cè)體進(jìn)行檢測(cè)。由于上述過(guò)程是可逆的，因此從試件邊角處或缺陷部位反射回來(lái)的超聲波在外磁場(chǎng)作用下形成渦流，渦流磁場(chǎng)引起線圈兩端電壓變化，這一信號(hào)被儀器接收即可實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>通過(guò)改變線圈不同位置導(dǎo)線的寬度與間距，蝶形線圈EMAT不同位置導(dǎo)線所受洛倫茲力與激發(fā)超聲波類型的關(guān)系，為后期實(shí)驗(yàn)做鋪墊。

　　測(cè)試設(shè)備：高壓功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、前置微小信號(hào)放大器。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)采用ATA-4315高壓功率放大器，使用信號(hào)發(fā)生器發(fā)出超聲激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)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(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，在鋁板表面激發(fā)出超聲波。超聲波垂直工件表面向試件內(nèi)部傳播，觸及缺陷和下表面后發(fā)生反射，由換能器接收到電壓信號(hào)，經(jīng)ATA-5620前置微小信號(hào)放大器放大，實(shí)對(duì)超聲波的激發(fā)和接收，并通過(guò)示波器對(duì)回波進(jìn)行采集和顯示。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1-1。

　　圖1-1電磁超聲探傷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖1-2為優(yōu)化前后換能器在無(wú)缺陷位置測(cè)到的實(shí)際回波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jù)試塊的厚度可計(jì)算出換能器接收到電壓信號(hào)的時(shí)間，縱波出現(xiàn)在t=24μs附近，橫波出現(xiàn)在t=47μs附近，與圖1-2中回波出現(xiàn)的時(shí)間一致，證明蝶形線圈EMAT在鋁塊中分別產(chǎn)生了橫波和縱波。對(duì)比優(yōu)化前后的回波可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的EMAT激發(fā)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(qiáng)了36.3%，EMAT激發(fā)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(yōu)化前后EMAT對(duì)無(wú)缺陷鋁塊檢測(cè)信號(hào)

　　?功率放大器推薦：ATA-4315

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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