[發(fā)明專利]電磁超聲體波換能器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310099541.X
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103150449A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟國富;汪開燦;王亞坤;蔣韜;邱玉;王吉宇;蔣川流;康磊;王淑娟
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種電磁超聲體波換能器設(shè)計(jì)方法，所述設(shè)計(jì)方法是基于包括永磁體(1)、電磁超聲換能器線圈(2)、待測金屬試件(3)、細(xì)化層(4)、缺陷(5)和空氣遠(yuǎn)場(6)的換能器模型來進(jìn)行的；所述永磁體(1)為圓柱形永磁體；所述電磁超聲換能器線圈(2)為螺旋線圈結(jié)構(gòu)，用來在金屬試件(3)中產(chǎn)生和接收體波；所述細(xì)化層(4)位于電磁超聲體波換能器線圈(2)下方待測金屬試件(3)內(nèi)；所述缺陷(5)為圓柱形缺陷，位于待測金屬試件(3)底部；

其特征在于：所述設(shè)計(jì)方法的具體過程為：

步驟一：定義建模所需要的參數(shù)，其中主要參數(shù)包括永磁體(1)的直徑d和高度h，電磁超聲換能器線圈(2)中導(dǎo)線的間距a，寬度w和匝數(shù)n；

步驟二：建立包括永磁體(1)、電磁超聲換能器線圈(2)、金屬試件(3)、細(xì)化層(4)、缺陷(5)和空氣遠(yuǎn)場(6)的幾何模型；

步驟三：設(shè)定材料屬性；永磁體(1)設(shè)定為磁性材料；電磁超聲換能器線圈(2)設(shè)定為漆包線；金屬試件(3)設(shè)定為待測金屬材料；細(xì)化層(4)設(shè)定為待測金屬材料；缺陷(5)和空氣遠(yuǎn)場(6)設(shè)定為空氣；

步驟四：劃分物理場求解區(qū)域；所述的物理場包括電磁超聲換能器發(fā)射和接收過程中涉及的兩個(gè)物理場——結(jié)構(gòu)場和電磁場；所述的結(jié)構(gòu)場求解區(qū)域包括金屬試件(3)和細(xì)化層(4)；所述的電磁場求解區(qū)域包括永磁體(1)、電磁超聲體波換能器線圈(2)、金屬試件(3)、細(xì)化層(4)、缺陷(5)和空氣遠(yuǎn)場(6)；

步驟五：發(fā)射過程建模；所述電磁場求解區(qū)域的初始磁矢位為0；所述結(jié)構(gòu)場求解區(qū)域初始位移和初始速度均為0；所述永磁體(1)磁場方向?yàn)榇怪狈较颍凰鲭姶懦曮w波換能器接收線圈(2)通入一定頻率的Tone-Burst信號；所述細(xì)化層(4)為結(jié)構(gòu)場的體力載荷施加區(qū)域，體力載荷為電磁場計(jì)算得到的洛倫茲力；

步驟六：接收過程建模；所述電磁場求解區(qū)域的初始磁矢位為0；所述結(jié)構(gòu)場求解區(qū)域初始位移和初始速度均為0；所述永磁體(1)磁場方向?yàn)榇怪狈较颍凰黾?xì)化層(4)為電磁場的速度感應(yīng)區(qū)域，即結(jié)構(gòu)場的超聲波振動(dòng)切割磁力線在電磁超聲體波換能器線圈(2)中感應(yīng)出電壓信號；

步驟七：有限元分網(wǎng)；所述永磁體(1)、電磁超聲體波換能器線圈(2)、金屬試件(3)、細(xì)化層(4)、缺陷(5)和空氣遠(yuǎn)場(6)采用四面體單元進(jìn)行分網(wǎng)；所述細(xì)化層(4)分網(wǎng)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，增加模型計(jì)算精度；

步驟八：有限元求解；所述結(jié)構(gòu)場和電磁場采用有限元方法求解，計(jì)算金屬試件(3)中的渦流、洛倫茲力、超聲波分布以及電磁超聲體波換能器線圈(2)中引起的感應(yīng)電壓信號；

步驟九：改變永磁體(1)的直徑d和高度h，電磁超聲換能器線圈(2)中導(dǎo)線的間距a，寬度w和匝數(shù)n，建立不同參數(shù)的電磁超聲體波換能器發(fā)射和接收過程完整模型，并求解電磁超聲體波換能器線圈(2)中引起的感應(yīng)電壓信號；

步驟十：獲得電磁超聲體波換能器主要參數(shù)與電磁超聲體波換能器線圈(2)中感應(yīng)電壓信號強(qiáng)度和聲波模式純度的關(guān)系；

步驟十一：從步驟十給出的關(guān)系中找出影響電磁超聲體波換能器線圈(2)中感應(yīng)電壓信號強(qiáng)度和聲波模式純度的關(guān)鍵參數(shù)，計(jì)算電磁超聲體波換能器信號最強(qiáng)和聲波模式最優(yōu)時(shí)換能器參數(shù)，對電磁超聲體波換能器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁超聲體波換能器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在步驟五中，所述一定頻率的Tone-Burst信號的頻率為1～10MHz。