电磁声换能器(EMAT)是一种新型的利用电动力学法在导电金属中产生超声波的装置,它具有非接触检测、不需要耦合介质、可应用于自动、高速检测、远距离危险环境下的检测、高温状态检测等特点。对于实际检测工作有十分重大的意义。电磁声换能器的结构 电磁声基本结构如图所示。将通有交变电流的激磁至于导电金属之上,线圈产生的交变(如)中时,带电质点在磁场中流动时受到垂直于磁场方向和质点运动方向的力-洛伦兹力作用而发生位移,从而激发出超声波,视作用力的分力方向(水平分量与垂直分量)可以同时激发出纵波与横波,其频率与通入交变电流的频率相同。 电磁声换能器的作用原理 在图中,Bz为方向平行与板面的磁感应强度,Br为方向垂直与板面的磁感应强度;g为涡流的电流密度,它与输入电流方向相反。根据右手定则可确定洛伦兹力F的方向在(a)中垂直于Bz与g的平面(垂直于板面)--激发纵波,在(b)中垂直于Br与g的平面(平行于板面)--激发横波。根据电磁感应原理,在感应磁场B中作用于以速度V移动的电荷e上的力F(即洛伦兹力)有:F~eVB。当把通有交变电流i的线圈置于导电体上时,导电体中的微小体积元dV中感应出以e和V确定的电流密度为g的涡电流。因此:F~gB,矢量g、B和F相互垂直且g与i反向(注意,由于交变电流存在趋肤效应,故dV应是靠近导电体的表面)。在接收超声波(如反射回波)时,响应于声压作用力使体积元dV在恒磁场B中振动,因此受力F’~eV’B,V’为振动速度。此力使带电质点运动产生电流密度为g的交变电流即涡流。该涡流使配置在导电体上的检测线圈中感应产生感应电势(感应的交变电流)作为接收信号,其频率与接收到的超声波有相同的频率,其大小则随磁场的增大而增加。 电磁声换能器的特点 电磁-声换能器的优点是可以不与被检测的导电体接触而进行超声波检测,如轧钢生产线上的在线高温自动化超声检测,其缺点是目前的检测灵敏