[發(fā)明專利]一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310259795.3
• 申請(qǐng)日: 2013-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN103308609A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王淑娟;宮佳鵬;劉博;蔣韜;汪開燦;蘇日亮;陳曉陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/34
• 分類號(hào): G01N29/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法，其特征在于，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟一：根據(jù)待測(cè)試件（1）的厚度、超聲波在待測(cè)試件（1）中的縱波速度和超聲波在待測(cè)試件（1）中的橫波速度，獲得Lamb波在待測(cè)試件（1）中的群速度曲線和相速度曲線；

步驟二：設(shè)置激發(fā)脈沖電流頻率為f，脈沖周期數(shù)為m；

步驟三：根據(jù)脈沖電流的頻率f和待測(cè)試件（1）的厚度d，計(jì)算得到頻厚積f′，其中f′=f×d；

步驟四：根據(jù)步驟三得到的頻厚積f′和步驟一得到的群速度曲線確定待測(cè)試件（1）中產(chǎn)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；

步驟五：根據(jù)步驟三得到的頻厚積f′和步驟一所得到的相速度曲線，可得到步驟四所確定的待測(cè)試件（1）中激發(fā)產(chǎn)生的各模式Lamb波的相速度c_p，根據(jù)公式計(jì)算得到各模式的波長(zhǎng)λ_A0、λ_A1…、λ_S0、λ_S1…，定義各模式波長(zhǎng)中的最大值為λ_max、最小值為λ_min；

步驟六：采用有限元方法對(duì)步驟四所確定的待測(cè)試件（1）中激發(fā)產(chǎn)生的各模式Lamb波的發(fā)射過程進(jìn)行建模，求解出電磁超聲發(fā)射換能器的單根導(dǎo)線（2）在待測(cè)試件（1）中產(chǎn)生的各模式Lamb波的振動(dòng)位移D(x)和振動(dòng)位移峰值；

步驟七：確定電磁超聲發(fā)射換能器曲折線圈（5）的根數(shù)n；

步驟八：在第N次條件下，N為初始值為1的正整數(shù)；根據(jù)步驟七中電磁超聲發(fā)射換能器曲折線圈（5）的n根導(dǎo)線之間的間距和步驟六所得出的電磁超聲發(fā)射換能器的單根導(dǎo)線（2）各模式Lamb波的振動(dòng)位移D（x），可由公式計(jì)算得到電磁超聲發(fā)射換能器曲折線圈（5）產(chǎn)生的各模式振動(dòng)位移和振動(dòng)位移峰值；

其中，D_totoal為電磁超聲發(fā)射換能器曲折線圈（5）產(chǎn)生的各模式振動(dòng)位移；

步驟九：判斷l(xiāng)的值是否大于預(yù)設(shè)值λ_max；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟十；如果判斷結(jié)果為否，則令N的值加1，并返回步驟八；

步驟十：以步驟六得到的振動(dòng)位移信號(hào)峰值為標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)步驟八得到的所有振動(dòng)位移峰值做歸一化出處理，得到不同線圈間距l(xiāng)與各模式振動(dòng)位移峰值歸一化值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；從而通過設(shè)置發(fā)射線圈間距l(xiāng)值控制各模式Lamb波在待測(cè)試件（1）中的振動(dòng)位移峰值；最終完成電磁超聲Lamb波模式控制的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法，其特征在于，步驟六中所述的采用有限元方法對(duì)步驟四所確定的待測(cè)試件（1）中激發(fā)產(chǎn)生的各模式Lamb波的發(fā)射過程進(jìn)行建模的模型包括：待測(cè)試件模型、電磁超聲發(fā)射換能器的單根導(dǎo)線模型、電磁超聲發(fā)射換能器的永磁鐵模型和空氣遠(yuǎn)場(chǎng)模型；

電磁超聲Lamb波發(fā)射換能器單根導(dǎo)線模型位于待測(cè)試件模型和電磁超聲發(fā)射換能器永磁鐵模型之間；所述待測(cè)試件模型為待測(cè)試件（1）；所述電磁超聲發(fā)射換能器的單根導(dǎo)線模型為激勵(lì)電流載體，在待測(cè)試件模型中感應(yīng)出渦流；所述電磁超聲換能器永磁鐵模型提供靜態(tài)偏置磁場(chǎng)使待測(cè)試件模型中渦流受到洛倫茲力的作用，從而在待測(cè)試件模型產(chǎn)生Lamb波；所述空氣遠(yuǎn)場(chǎng)模型限定待測(cè)試件模型、電磁超聲發(fā)射換能器的單根導(dǎo)線模型、電磁超聲發(fā)射換能器的永磁鐵模型的邊界條件；

電磁超聲Lamb波換能器單根導(dǎo)線模型通入電磁超聲換能器的激發(fā)電流頻率f的脈沖電流，計(jì)算得出電磁超聲發(fā)射換能器為單根導(dǎo)線時(shí)，待測(cè)試件模型激發(fā)產(chǎn)生的各模式Lamb波的振動(dòng)位移和振動(dòng)位移峰值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法，其特征在于，所述待測(cè)試件（1）采用厚度為2mm、長(zhǎng)度為1m的鋁合金板材，電磁超聲換能器的激發(fā)電流頻率f為500kHz，頻厚積f′為1MHz·mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法，其特征在于，所述電磁超聲換能器單根導(dǎo)線（2）為漆包線黃銅絲，直徑為0.4mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電磁超聲發(fā)射換能器的Lamb波模式控制方法，其特征在于，所述電磁超聲發(fā)射換能器曲折線圈（5）的根數(shù)n為6。