超聲導波電磁聲傳感器的設計與應用

目錄
前言
第1章　超聲導波檢測原理　1
1.1　超聲導波基本概念　1
1.1.1　相速度與群速度　1
1.1.2　導波特性　2
1.1.3　波結(jié)構(gòu)　3
1.2　超聲導波傳播特性　3
1.2.1　板中的超聲導波　3
1.2.2　管道中的超聲導波　7
1.3　超聲導波無損檢測方法　13
1.3.1　自發(fā)自收法　13
1.3.2　一發(fā)一收法　14
1.3.3　激勵信號　15
參考文獻　16
第2章　電磁聲傳感器工作原理與結(jié)構(gòu)設計　17
2.1　電磁聲傳感器工作原理　17
2.1.1　洛倫茲力機理　19
2.1.2　磁致伸縮機理　20
2.2　電磁聲傳感器結(jié)構(gòu)配置　24
2.2.1　磁鐵　24
2.2.2　線圈　26
2.3　電磁聲傳感器優(yōu)化設計　27
2.3.1　模態(tài)選擇　27
2.3.2　聲場分布　28
2.3.3　頻率響應特性　30
2.3.4　電磁聲傳感器的仿真建模　30
參考文獻　31
第3章　蘭姆波電磁聲傳感器的設計　32
3.1　A0模態(tài)電磁聲傳感器　32
3.1.1　傳感器結(jié)構(gòu)　32
3.1.2　傳感器工作原理　33
3.1.3　有限元仿真　34
3.1.4　單一A0模態(tài)激勵與缺陷檢測　40
3.1.5　傳感器性能測試　41
3.1.6　傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化　43
3.2　S0模態(tài)電磁聲傳感器　46
3.2.1　傳感器結(jié)構(gòu)　46
3.2.2　傳感器工作原理　47
3.2.3　單一S0模態(tài)的激勵和接收　47
3.2.4　傳感器性能測試　48
3.2.5　傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化　51
3.3　雙模態(tài)電磁聲傳感器　53
3.3.1　傳感器結(jié)構(gòu)　53
3.3.2　傳感器工作原理　54
3.3.3　單一模態(tài)的激勵和接收　55
3.3.4　傳感器性能測試　57
3.3.5　缺陷檢測　58
3.4　A1模態(tài)電磁聲傳感器　63
3.4.1　傳感器結(jié)構(gòu)　63
3.4.2　傳感器工作原理　64
3.4.3　有限元仿真　66
3.4.4　A1模態(tài)的激勵和接收　71
3.4.5　傳感器性能測試　72
參考文獻　74
第4章　水平剪切模態(tài)電磁聲傳感器的設計　75
4.1　平面螺線管陣列式磁致伸縮貼片傳感器　75
4.1.1　傳感器結(jié)構(gòu)　75
4.1.2　傳感器工作原理　76
4.1.3　單一SH0模態(tài)的激勵和接收　76
4.1.4　傳感器性能測試　77
4.2　柔性印刷電路板陣列式磁致伸縮貼片傳感器　79
4.2.1　傳感器結(jié)構(gòu)　79
4.2.2　傳感器工作原理　80
4.2.3　單一SH0模態(tài)的激勵和接收　81
4.2.4　傳感器性能測試　81
4.2.5　DT-SHMA-MPT的優(yōu)化　83
4.3　周期格柵線圈電磁聲傳感器　88
4.3.1　傳感器結(jié)構(gòu)　89
4.3.2　傳感器工作原理　89
4.3.3　單一SH0模態(tài)的激勵和接收　90
4.3.4　傳感器性能測試　90
4.3.5　PGC-EMAT的優(yōu)化　92
4.4　全向型周向周期永磁鐵陣列式電磁聲傳感器　99
4.4.1　傳感器結(jié)構(gòu)　99
4.4.2　傳感器工作原理　101
4.4.3　有限元仿真　102
4.4.4　單一SH0模態(tài)的激勵和接收　104
4.4.5　傳感器性能測試　105
參考文獻　107
第5章　磁集中器式電磁聲傳感器的設計　108
5.1　指向型磁集中器式電磁聲傳感器　108
5.1.1　D-MC-EMAT結(jié)構(gòu)　108
5.1.2　D-MC-EMAT工作原理　109
5.1.3　D-MC-EMAT有限元仿真　110
5.1.4　單一S0模態(tài)的激勵與缺陷檢測　114
5.1.5　傳感器性能測試　117
5.1.6　D-MC-EMAT的優(yōu)化　118
5.2　全向型磁集中器式電磁聲傳感器　121
5.2.1　OD-MC-EMAT結(jié)構(gòu)　122
5.2.2　OD-MC-EMAT工作原理　123
5.2.3　OD-MC-EMAT有限元仿真　123
5.2.4　單一S0模態(tài)的激勵與缺陷檢測　128
5.2.5　傳感器性能測試　130
5.2.6　OD-MC-EMAT的優(yōu)化　131
5.3　模態(tài)可調(diào)磁集中器式電磁聲傳感器　134
5.3.1　MT-MC-EMAT結(jié)構(gòu)　134
5.3.2　MT-MC-EMAT工作原理　136
5.3.3　MT-MC-EMAT有限元仿真　137
5.3.4　單一S0模態(tài)與單一A0模態(tài)激勵　143
5.3.5　傳感器性能測試　144
5.3.6　MT-MC-EMAT的優(yōu)化　147
5.4　變角度磁集中器式A1模態(tài)電磁聲傳感器　151
5.4.1　變角度磁集中器式A1模態(tài)電磁聲傳感器結(jié)構(gòu)　151
5.4.2　變角度磁集中器式A1模態(tài)電磁聲傳感器工作原理　152
5.4.3　變角度磁集中器式A1模態(tài)電磁聲傳感器有限元仿真　153
5.4.4　A1模態(tài)的激勵和接收　157
5.4.5　傳感器性能測試　158
參考文獻　159
第6章　管中導波電磁聲傳感器的設計　160
6.1　扭轉(zhuǎn)模態(tài)磁致伸縮傳感器　160
6.1.1　扭轉(zhuǎn)模態(tài)MPT陣列結(jié)構(gòu)　160
6.1.2　扭轉(zhuǎn)模態(tài)MPT陣列工作原理　161
6.1.3　扭轉(zhuǎn)模態(tài)MPT陣列的優(yōu)化　161
6.1.4　單一T(0，1)模態(tài)激勵與缺陷檢測　163
6.1.5　頻率響應特性　165
6.1.6　傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化　166
6.2　縱向模態(tài)磁致伸縮傳感器　169
6.2.1　縱向模態(tài)MPT陣列結(jié)構(gòu)　170
6.2.2　縱向模態(tài)MPT陣列工作原理　170
6.2.3　縱向模態(tài)MPT陣列的優(yōu)化　171
6.2.4　單一L(0，2)模態(tài)激勵與缺陷檢測　173
6.2.5　頻率響應特性　174
6.2.6　傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化　175
6.3　表面波電磁聲傳感器　176
6.3.1　表面波檢測原理　177
6.3.2　柔性磁鐵表面波電磁聲傳感器結(jié)構(gòu)　177
6.3.3　柔性磁鐵表面波電磁聲傳感器工作原理　178
6.3.4　柔性磁鐵表面波電磁聲傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化　178
6.3.5　柔性磁鐵表面波電磁聲傳感器性能測試　179
6.3.6　柔性磁鐵表面波電磁聲傳感器性能分析　181
參考文獻　190
第7章　基于電磁聲傳感器陣列的金屬板中缺陷成像檢測　191
7.1　基于電磁聲傳感器陣列的概率損傷定位成像　191
7.1.1　概率損傷成像原理　191
7.1.2　缺陷成像實驗　194
7.1.3　基于多種典型損傷因子的成像結(jié)果　195
7.2　基于電磁聲傳感器陣列的圓弧成像　200
7.2.1　圓弧成像原理　200
7.2.2　數(shù)據(jù)融合方法　201
7.2.3　缺陷成像實驗　203
7.2.4　原始檢測信號處理　204
7.2.5　板中缺陷成像定位檢測　205
7.3　基于電磁聲傳感器陣列的橢圓成像　207
7.3.1　橢圓成像原理　207
7.3.2　缺陷成像實驗　208
7.3.3　板中缺陷的定位檢測成像結(jié)果　209
7.4　基于電磁聲傳感器陣列的雙曲線成像　212
7.4.1　雙曲線成像原理　212
7.4.2　板中缺陷成像定位檢測　213
7.5　基于電磁聲傳感器陣列的復合成像　214
7.5.1　復合成像算法　214
7.5.2　波包分離技術(shù)　215
7.5.3　板中缺陷成像定位檢測　217
7.6　基于電磁聲傳感器陣列的時間反轉(zhuǎn)方法　219
7.6.1　時間反轉(zhuǎn)過程　219
7.6.2　蘭姆波時間反轉(zhuǎn)聚焦和重構(gòu)模型　220
7.6.3　時間反轉(zhuǎn)聚焦和重構(gòu)特性實驗驗證　222
7.6.4　基于時間反轉(zhuǎn)方法的橢圓成像　225
7.6.5　基于時間反轉(zhuǎn)方法的概率損傷成像算法　229
參考文獻　233
第8章　基于MPT陣列的復合材料板中缺陷成像檢測　235
8.1　OSHM-EMAT　235
8.1.1　OSHM-EMAT結(jié)構(gòu)與工作原理　235
8.1.2　OSHM-EMAT頻率響應特性　236
8.1.3　SH0模態(tài)的激勵和接收　237
8.1.4　OSHM-EMAT聲場分布　238
8.1.5　提離距離影響　239
8.2　雙匝OSHM-MPT設計　240
8.2.1　雙匝OSHM-MPT結(jié)構(gòu)　240
8.2.2　雙匝OSHM-MPT工作原理　242
8.2.3　雙匝OSHM-MPT頻率響應特性　242
8.2.4　SH0模態(tài)的激勵和接收　244
8.2.5　雙匝OSHM-MPT聲場指向性　246
8.2.6　雙匝OSHM-MPT結(jié)構(gòu)優(yōu)化　246
8.3　雙匝OSHM-MPT陣列復合材料板中缺陷RAPID成像　249
8.3.1　復合材料板中缺陷檢測實驗設置　249
8.3.2　RAPID成像系數(shù)　250
8.3.3　RAPID成像差異系數(shù)計算　252
8.3.4　RAPID中陣列概率值分布　253
8.3.5　RAPID缺陷成像結(jié)果及分析　254
8.3.6　RAPID成像閾值選取　258
8.4　雙匝OSHM-MPT陣列復合材料板中缺陷橢圓成像　260
8.4.1　橢圓成像實驗設置　261
8.4.2　同一尺寸不同位置的模擬缺陷成像　261
8.4.3　不同尺寸不同位置的模擬缺陷成像　264
8.4.4　基于通用閾值的成像結(jié)果　268
8.4.5　復合材料板中缺陷的橢圓成像　270
參考文獻　272