多层螺旋线圈电磁超声换能器优化设计及其实验研究

建立多层螺旋线圈电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)激励过程的有限元模型,基于正交试验表,研究线圈导线直径、相邻导线间距、线圈层数、多层线圈距离、永磁体尺寸、永磁体与线圈的距离等因素对EMAT换能效率和横波纯度的影响,给出EMAT的最佳参数组合,并进行实验验证;通过测量多层螺旋线圈串联和并联的等效阻抗,根据EMAT激励等效电路,结合实验和仿真结果,分析线圈串并联方式和线圈层数对换能效率的影响。研究结果表明,在EMAT激励电路输出电压恒定的条件下,EMAT换能效率随着串联线圈层数的增多而明显下降;与串联方式相比,多层线圈并联的EMAT接收信号幅值下降趋势不明显。