1 河南广播电视大学机电工程学院，河南 郑州 450008
2 南阳师范学院机电工程学院，河南 南阳 473061
结合面质量直接影响钛钢复合板的整体强度。为有效评估粘接性能，提出了脱粘缺陷的激光-电磁超声非接触式检测方案。基于激光超声激励原理，纵波声场指向性以及电磁超声接收理论，搭建了钛钢复合板脱粘缺陷检测系统。在基材侧或复材侧，使用长度10 mm、宽度0.2 mm的脉冲激光线状光斑辐照于材料表面激励超声波，利用中心频率1 MHz的电磁超声纵波换能器在异侧对心处接收信号。探讨了主声束和换能器相对脱粘缺陷移动过程中信号幅值的变化规律，根据试验数据可知，随着换能器被缺陷遮挡长度的增加，信号幅值逐渐降低。当主声束和换能器被遮挡一半时，信号幅值降为粘接良好状态下的0.5倍。因此，可依据信号幅值的变化特征来判定脱粘缺陷，同时也说明了激光-电磁超声技术适用于钛钢复合板结合面的非接触式检测。
激光超声 电磁超声 非接触式检测 钛钢复合板 脱粘检测 laser ultrasound electromagnetic ultrasound non contact measurement technology titanium clad steel plate debonding detection
1 齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250104
2 哈尔滨工业大学（威海） 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
针对激光超声和电磁超声两种非接触式检测方式在实验中操作复杂和灵敏度低，以及难以观察不同参数对相关物理场造成的影响等问题，文中将有限元法应用到激光声磁混合式检测当中，采用数值分析方法分析了脉冲激光与电磁超声换能器之间的匹配关系对检测灵敏度的影响，研究了激光声磁检测系统的优化设计依据。利用有限元软件建立了激光声磁检测系统的仿真模型，通过正交数值仿真分析了高斯激光脉冲激励超声的温度场和位移场特性，进而观测了电磁超声换能器参数变化对检测灵敏度的影响。结果表明：螺旋型线圈接收的电压信号能正确反应由入射激光在固体中发生热膨胀效应产生的超声位移场，当磁体的高宽比为 1.5 倍时，驱肤层处磁场强度分布最优，提离距离对换能效率的影响呈现负指数变化规律，评价了不同接收间距处电磁超声换能器的接收性能。
激光超声 电磁超声 无损检测 有限元分析 laser ultrasonic EMAT nondestructive testing finite element analysis 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210533
1 南京航空航天大学 航空学院 机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 桂林电子科技大学 机电工程学院, 广西 桂林 541004
3 海装驻南京地区第四军事代表室, 江苏 南京 211100
传统基于周期性永磁体的电磁超声换能器结构较复杂, 为此该文提出了一种由单一永磁体和导线阵列线圈构成的电磁超声换能器（EMAT）用于激发板中的SH0导波。首先叙述了设计的原理, 并采用有限元软件进行三维数值仿真分析, 利用水平极化永磁体垂直于板面的磁场在铝板中成功激发出SH0导波。为使EMAT换能效率达到最优, 研究长和宽为10 mm×25 mm的永磁体, 其高度及线圈匝数不同时EMAT激励的效率。仿真结果表明, 选用永磁体高度为25 mm及线圈匝数为37时EMAT换能效率和声场指向性较好。在此基础上, 通过实验研究了不同线圈匝数对换能器换能效率的影响, 实验结果与仿真结果一致, 充分验证了该文设计EMAT的方法具有可行性。
SH0波 电磁超声换能器 静态磁场 洛伦兹力 声场指向性能 SH0 wave electromagnetic ultrasonic transducer static magnetic field Lorentz force sound field pointing performance
1 合肥学院先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
为了检测金属材料生产、使用过程中的厚度损失及表面裂缝损伤,对比分析了激光干涉仪和电磁超声换能器(EMAT)对金属激光超声信号探测的准确度和实用性。采用激光干涉仪表面波信号与纵波信号相结合的方法探测了铝板厚度,并根据背面纵波信号测量了铝板表面裂痕缺陷深度;采用EMAT表面波信号确定铝板裂痕缺陷的位置,纵波信号确定铝板的厚度。结果表明,相比激光干涉仪的复杂激光超声信号接收光路,EMAT铝板测厚及裂痕缺陷位置检测的误差均在4%以下,且裂痕缺陷位置的预测值不会随着表面裂痕缺陷深度的减小而增加。可见,采用激光超声与电磁超声相结合的方法可有效地降低检测条件的复杂性,提高激光超声的实用性。
测量 激光超声 电磁超声 无损检测 测厚 缺陷
山东省科学院激光研究所无损检测平台, 山东 济南 250103
针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求, 建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上, 重点研究了激励线圈阻抗匹配方法, 介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统, 实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位, 并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。
激光超声 钢轨探伤 电磁超声换能器 laser ultrasonic rail steel flaw inspection EMAT 红外与激光工程
2017, 46(1): 0106006
1 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
2 山东省无损检测技术与工程研究中心, 山东 济南 250014
采用自主研发的激光声磁检测系统对钢轨疲劳损伤进行了无损检测研究。选择含有不同尺寸的表面裂纹和表面竖直孔的人工伤钢轨作为检测对象，进行了测试分析。结果表明,缺陷信号的幅度随缺陷深度的增加而增大。为了抑制检测过程中噪声对检测结果的影响，采用Matlab设计软阈值小波去噪算法并对信号进行处理，信噪比提高了12 dB以上。研究结果为激光声磁检测技术在钢轨无损检测工程领域的应用提供了一定的参考。
测量 激光超声 电磁超声换能器 钢轨损伤 小波阈值技术 中国激光
2014, 41(s1): s108008
1 山东省科学院, 山东 济南 250014
2 山东省无损检测工程技术研究中心, 山东 济南 250014
采用基于软阈值的小波滤波技术对激光电磁超声检测过程中噪声抑制进行了研究。选择在6016铝板表面裂纹的超声检测信号作为信号处理对象，采用Matlab软件设计软阈值小波去噪算法并对信号进行处理，结果表明该技术在激光电磁超声工程应用领域中具有良好的前景。
激光技术 激光超声 电磁超声 无损检测 小波 软阈值 光学学报
2014, 34(s1): s112006
1 山东省科学院 激光研究所, 济南 250014
2 山东省无损检测工程技术研究中心, 济南 250014
为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测, 采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究, 取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为φ3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据, 检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明, 激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。
测量与计量 非接触式无损检测 激光-电磁超声技术 金属材料 measurement and metrology noncontact nondestructive detection laser-EMAT technique metallic materials
