一种基于电磁超声接收换能器的Lamb波模式控制的板材无损检测方法

摘要

一种基于电磁超声接收换能器的Lamb波模式控制的板材无损检测方法，属于变换器控制技术领域。本发明解决了由于电磁超声Lamb波的多模式特性导致回波信号复杂、无法检测的问题，提出了一种基于电磁超声接收换能器的Lamb波模式控制方法。本发明首先根据激发参数确定板中激发波模式，之后，采用有限元方法对电磁超声Lamb波的发射和接收全过程进行建模求解，分析矩形波形的电磁超声Lamb波接收换能器曲折线圈的线圈间距距l与各模式电压信号之间对应关系，通过设定l的值即可控制接收到各模式Lamb波的电压信号的大小，即实现了对电磁超声Lamb波模式控制的目的。本发明广泛适用于采用电磁超声方法对Lamb波模式进行控制。

主权项

1.一种基于电磁超声接收换能器的Lamb波模式控制的板材无损检测方法，其特征在于，它由以下步骤实现：步骤一：根据待测板材的厚度、超声波在待测板材中的纵波速度和超声波在待测板材中的横波速度获得待测板材中的群速度曲线和相速度曲线；步骤二：设计激发脉冲电流频率为f，脉冲周期数为m；步骤三：根据脉冲电流的频率f和待测板材的厚度d，计算得到频厚积f′，其中f′＝f×d；步骤四：根据步骤三得到的频厚积f′和步骤一得到的群速度曲线确定待测板材中产生的Lamb波模式，所述Lamb波模式包括A₀到A₃模式和S₀到S₃模式；步骤五：根据步骤三得到的频厚积f′和步骤一所得到的相速度曲线，可得到步骤四所确定的待测试件中激发产生的各模式Lamb波的相速度c_p，根据公式计算得到各模式的波长λ，定义各模式波长中的最大值为λ_max、最小值为λ_min；步骤六：采用有限元方法对电磁超声Lamb波的发射和接收全过程建模，模型包括待测试件模型(1)、电磁超声Lamb波发射换能器单根导线模型(2)、第一永磁铁模型(3)、空气场模型(4)、电磁超声Lamb波接收换能器单根导线模型(5)和第二永磁铁模型(6)，待测试件模型(1)、电磁超声Lamb波发射换能器单根导线模型(2)、第一永磁铁模型(3)、电磁超声Lamb波接收换能器单根导线模型(5)和第二永磁铁模型(6)设置在空气场模型(4)内，电磁超声Lamb波发射换能器单根导线模型(2)位于待测试件模型(1)和第一永磁铁模型(3)之间，电磁超声Lamb波接收换能器单根导线模型(5)位于待测试件模型(1)和第二永磁铁模型(6)之间，电磁超声Lamb波发射换能器单根导线模型(2)和电磁超声Lamb波接收换能器单根导线模型(5)位于同一平面且平行设置；步骤七：在电磁超声Lamb波发射换能器单根导线通入频率为f的脉冲电流，计算电磁超声Lamb波接收换能器单根导线中接收到的当前的电压信号v(t)和电压信号峰值；步骤八：确定电磁超声接收换能器曲折线圈7的根数n；步骤九：在第N次条件下，N为初始值为1；步骤八中电磁超声接收换能器曲折线圈n根导线之间的间距根据步骤七所得的电磁超声发射换能器单根导线接收到各模式Lamb波电压信号，可由公式$v_{\mathrm{total}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}v(t+\frac{(n-1)\times l}{\lambda }\times \frac{1}{f}){(-1)}^{i-1}$计算得到电磁超声接收换能器曲折线圈的各模式的电压信号和电压峰值，其中i表示第i根导线，t表示执行步骤七的当前时间，V_total为电磁超声接收换能器曲折线圈7接收到的各模式电压信号；步骤十：判断l的值是否大于预设值λ_max；如果判断结果为是，则执行步骤十一；如果判断结果为否，则令N的值加1，并返回步骤八，N为正整数；步骤十一：以步骤七接收到的电压信号峰值为标准值，对步骤九得到的所有电压信号峰值做归一化处理，得到不同线圈间距l与各模式电压信号峰值归一化值之间的对应关系；步骤十二：通过设计电磁超声接收换能器曲折线圈的线圈间距l的值，根据对电压信号的选择，控制激发出的Lamb波模式，从而控制接收到各模式Lamb波的电压信号值，即实现了对待测板材的无损检测。