用于鋼軌探傷的脈沖電磁式電磁超聲體波換能器設計.pdf

1、鐵路安全至關(guān)重要，國內(nèi)外普遍采用壓電超聲技術(shù)進行鋼軌探傷，但其依賴聲耦合劑，檢測速度和精度受限。而采用電磁超聲技術(shù)則不需耦合劑，可以彌補壓電超聲的不足。但電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,簡稱EMAT)通常采用永磁鐵，在鋼軌上移動困難，容易吸附鐵屑、磨損探頭，限制了其在鋼軌探傷領(lǐng)域的應用。針對以上不足，本文將研究用于鋼軌體波探傷的脈沖電磁式電磁超聲換能器(Pulsed Electro

2、magnetEMAT,簡稱PE-EMAT)設計技術(shù)。
　　針對目前體波PE-EMAT檢測性能差、能耗高、體積大的問題，通過對電磁超聲體波激發(fā)機理和PE-EMAT工作原理進行分析，提出體波PE-EMAT的總體設計方案；分析對比換能器各部分的選型和材料，設計體波PE-EMAT的工作流程和基本結(jié)構(gòu)。
　　針對鋼軌探傷中體波PE-EMAT工作機理復雜、分析難度大的問題，通過分析體波PE-EMAT工作物理過程，建立體波PE-EMAT有

3、限元仿真模型。分別通過二維和三維有限元建模，仿真了體波PE-EMAT完整換能過程。針對仿真計算復雜的問題，通過優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，將仿真時間減少了約42％。研制了脈沖磁場測量儀，搭建了電磁超聲實驗測試平臺，通過實驗驗證了仿真模型的正確性。
　　針對體波PE-EMAT參數(shù)多、優(yōu)化設計過程復雜的問題，提出體波PE-EMAT參數(shù)選取及分析方法。該方法在仿真模型基礎上，分析了體波PE-EMAT各參數(shù)對探傷性能的影響，并設定其取值范圍。圍繞增強缺

4、陷回波信號強度的優(yōu)化目標，提出體波PE-EMAT正交試驗優(yōu)化設計方法，確定了激發(fā)脈沖磁場較強、缺陷信號較大的體波PE-EMAT最優(yōu)參數(shù)組合。實驗結(jié)果表明，優(yōu)化后體波PE-EMAT的缺陷信號幅值提升約95%，信噪比提升約6 dB。
　　針對鋼軌探傷需求和PE-EMAT工作特點，設計脈沖電磁式電磁超聲鋼軌探傷系統(tǒng)。測試了體波PE-EMAT對GTS-60型鋼軌標準試塊中典型缺陷的檢測能力。實驗結(jié)果表明，設計的體波PE-EMAT能夠有效檢