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电磁声检测技术具有非接触、无需耦合剂和超声回波信号稳定等优点,因而受到超声无损检测领域众多研究者的关注。电磁声探头是电磁声检测技术的关键器件,分析和了解它的辐射声场特性既是一个基本声学问题,又对电磁声探头的设计和电磁声检测技术的应用具有重要意义。
本论文在国家自然科学基金项目资助下,对我们课题组研制的一套电磁声实验系统所使用的电磁声探头的辐射声场特性进行了理论和实验研究。论文主要研究内容如下所述:
论文的第一章,简述了电磁声探头激发和接收超声波的基本原理及其特点,综述了前人在电磁声探头辐射声场研究方面的主要工作进展,指出了目前的研究现状和存在的问题,概括了本论文的主要研究工作和创新性。
论文的第二章,应用有限元数值计算方法对电磁声探头在导电固体表面附近产生的涡流和洛仑兹力分布以及辐射声场的位移分布进行了仿真分析。介绍了有限元方法和ANSYS软件的一些相关知识,给出了用ANSYS软件仿真计算得到的几种不同模型的二维和三维物理参数分布,对有缺陷试块的模型也进行了仿真计算,为进一步分析电磁声探头辐射声场的指向性奠定了基础。
论文的第三章,分析了一种圆环形螺线圈与垂直偏置磁场配置的电磁声探头在非铁磁性介质中的辐射声场特性。根据电磁感应原理建立了探头的数学物理模型,从理论上推导出了声场位移的解析解。数值计算了横波和纵波的切向和法向指向性,实验测试了课题组研制的电磁声实验系统所使用的探头的辐射声场,理论计算结果与实验测试结果符合较好。
论文的第四章,对本文所做的电磁声探头辐射声场研究工作进行了总结,提出了今后的可研究内容和方向。