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超声波传感器的实验报告一、超声波传感器的定义：超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。
超声波是振动频率高于20KHz的机械波。
它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波传感器的原理：二、超声波传感器按其工作原理，可分为1、压电式2、磁致伸缩式3、电磁式压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。
常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。
根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器（发射探头）和接收器（接收探头）两种，根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。
压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。
当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。
压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。
压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。
当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。
压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。
典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成。
压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。
压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。
为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。
电磁超声及其在无损检测中的应用摘要：电磁超声（EMAT）是无损检测领域的一种新兴技术。
电磁超声测量精度高、无需接触、不需要耦合剂的特点，使其特别适合于高温和移动的无损检测。
同时电磁超声容易激发各种超声波型。
所有这些优点，越来越受到人们的关注。
关键词：电磁超声；非接触；高温检测；电磁测厚目前无损检测的重要性已经得到各行业的广泛认识，检测方法越来越多。
电磁超声无损检测技术便是其中的一种。
和传统采用压电换能器的传统超声波检查比较，由于电磁超声是在金属材料的表面激发，因此具有无需耦合剂、可非接触式、可应用于低温或高热环境、有利于自动化、易于激发各种超声检测波形等优点，并且具备传统超声波的特点，在国内外的无损检测中已经普遍的获得认可和广泛应用，发挥着越来越重要的作用。
1 电磁超声的工作原理[1]当置于工件表面的高频线圈通以高频电流时，根据电磁感应原理，高频线圈附近区域会产生一交变磁场，磁场在工件表面会感应出电流，即涡流I。
涡流在外界强磁场B作用下将产生机械力F。
工件表面质点受力产生机械振动，同时振动以波的形式传播出去，这就是电磁超声波的激发过程。
接收过程是激发过程的逆过程。
工件表面的机械振动在外界强磁场作用下，在线圈中产生感应电压，仪器通过接收处理电压的变化情况反映对工件的探测结果。
这种激发和接收的超声波的方法称为电磁超声。
图一电磁超声换能器结构2电磁超声换能器基本结构和效应电磁超声换能器主要由高频线圈、外加磁场、工件三部分组成[2]，如图一所示。
（1）用于提供外加强偏置磁场的磁铁。
（2）用于激发高频磁场的金属线圈。
（3）被测金属工件。
由于EMAT检测的工件材质的差别，产生的效应也有所不同。
电磁超声包含三种效应：洛伦兹力效应、磁致伸缩力效应、磁性力效应。
在非铁磁性材料中，例如铝合金、铜材料、钕材料中，洛伦兹力为主要效应。
通电线圈在工件集肤层感应出的涡流在外界静磁场作用下产生机械力，这种力就是洛伦兹力。
基于此力激发和接收电磁超声波的现象为洛伦兹力效应。
2021电磁超声检测技术的利弊及应用展望范文 摘要： 电磁超声检测技术是近年蓬勃兴起的先进无损检测方法,该项技术具有不需要使用耦合剂、检测效率高、可实现在线监测等显着优势,同时通过采用不同构型的电磁超声换能器,可实现多种超声波型的激发和接收,极大丰富了电磁超声检测技术的应用场景。
同时,作为新兴的先进检测技术,电磁超声检测技术还存在诸如换能器换能效率不高、对粗晶材料检测效果不佳等问题需要进一步研究和发展。
关键词： 电磁超声;EMAT; 应用; Abstract： electromagneticultrasonic testing technology is an advanced non-destructive testing method which is booming in recent years.This technology has the advantages of no coupling agent,high detectionefficiency and online monitoring.At the same time,through the use of electromagnetic ultrasonic transducer with different configurations,it can realize multiple ultrasonic excitation and reception,which greatly enriches the application scenarios of electromagnetic ultrasonic testing technology.At the same time,as a new advanced detectiontechnology,electromagnetic ultrasonic testing technology still has some problems,such as low energy conversion efficiency of transducer and poor detection effect on coarse-grained materials,which needs further research and development. Keyword： electromagneticultrasound; EMAT; application; 1、电磁超声检测技术原理 电磁超声检测技术是通过电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)激发和接收超声波的先进无损检测方法,EMAT是实现电磁超声检测的关键部分。
电磁超声具有以下特点(1) 非接触检测，不需要耦合剂，可透过包覆层等EMAT的能量转换，是在工件表面的趋肤层内直接进行得。
因而可将趋肤层看成是压电晶片，由于趋肤层是工件的表面层，所以EMAT 产生的超声波不需要任何耦合介质。
(2) 产生波形形式多样，适合做表面缺陷检测EMAT在检测的过程中，在满足一定的激发条件时，会产生表面波、SH波和Lamb波。
如果改变激励电信号频率满足一定公式，则声波能以任何辐射角θ向工件内部倾斜辐射。
即在其它条件不变的前提下，只要改变电信号频率，就可以改变声的辐射角，这是EMAT的又一特点。
由于这一特点的存在，可以在不变更换能器的情况下，实现波形模式的自由选择。
(3) 适合高温检测随着国家在能源、动力企业的投入和发展，各种高温压力管道逐渐增多。
作为特种设备的压力管道，一旦出现事故，损失将非常严重。
对此，国家有相关政策法规强制检测，以实现最小的事故发生率。
这就使得高温压力管道检测成为一个急需解决的问题。
而电磁超声正是解决这个问题的最好选择。
电磁超声相对于常规超声一个最大的优点就是其非接触性。
热体在空间辐射的温度场是按指数衰减的，探头离检测试件表面每提离一段距离，其探头环境温度就有显著的下降，所以，电磁超声可以用于高温管道检测。
(4) 对被探工件表面质量要求不高EMAT不需要与声波在其中传播的材料接触,就可向其发射和接收返回的超声波。
因此对被探工件表面不要求特殊清理,较粗糙表面也可直接探伤。
(5) 检测速度快传统的压电超声的检测速度，一般都在10米/分钟左右，而EMAT可达到40米/分钟，甚至更快。
(6) 声波传播距离远EMAT在钢管或钢棒中激发的超声波，可以绕工件传播几周。
在进行钢管或钢棒的纵向缺陷检测时，探头与工件都不用旋转，使探伤设备的机械结构相对简单。
(7) 所用通道与探头数量少在实现同样功能的前提下，EMAT探伤设备所用的通道数和探头数都少于压电超声。
特别在板材EMAT探伤设备上就更为明显，压电超声要进行板面的探伤需要几十个通道及探头，而EMAT则只需要四个通道及相应数量的探头就可以了。
无缝钢管超声波探伤检验方法（一）无缝钢管超声波探伤检验方法1、范围规定了无缝钢管超声波探伤的原理、方法、对比试样、设备、条件、步骤、结果评定和报告。
适用于各种用途无缝钢管纵向缺陷和横向缺陷的超声波检验。
所述探伤方法主要用于检验破坏了钢管金属连续性的缺陷，但不能有效地检验层状缺陷。
适用于外径等于或大于6mm且壁厚与外径之比不大于0.2的钢管。
2、引用标准YB4082-92钢管自动超声探伤系统综合性能测试方法ZBY230-84A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件3、探伤原理超声波探头可实现电能和声能之间的相互转换以及超声波在弹性介质中传播时的物理特性是钢管超声波探伤原理的基础。
定向发射的超声波束在管中传播时遇到缺陷，既产生波的反射又产生波的衰减。
经过探伤仪的信号处理，如采用反射法探伤可获得缺陷回波信号，如采用穿透法探伤可凭借透过波的衰减程度获得缺陷信号。
二者均可由仪器给出定量的缺陷指示。
利用压电效应或电磁感应原理可在管内激发不同类型的超声波。
因此，压电超声和电磁超声均可用于管材超声波检验。
但电磁超声仅适用于铁磁性材料。
4、探伤方法（1）采用横波（或板波）反射法（或穿透法）在探头和钢管相对移动的状态下进行自动检验，只有特殊的大口径钢管才可进行手工检验。
自动或手工检验时均应保证声束对管子全部表面的扫查。
注：自动检验时对钢管两端将不能有效地检验，但此区域应控制在200mm以内。
（2）检验纵向缺陷时声束在管壁内沿圆周方向传播；检验横向缺陷时声束在管壁内滑管轴方向传播。
纵向和横向缺陷的检验均应在管子的两个相反方向上进行。
（3）在需方未提出检验横向缺陷时供方只检验纵向缺陷。
经供需双方协商同意，纵向和横向缺陷的检验均可只在管子的一个方向上进行。
（4）自动或手工检验时均应选用耦合效果良好并无损于钢管表面的耦合介质。
5、对比试样（1）用途对比试样用于探伤设备的调试、综合性能测试和使用过程中的定时校验。
对比试样上的人工缺陷是评定自然缺陷当量的依据，但不应理解为被检出的自然缺陷与人工缺陷的信号幅度相等时二者的尺寸必然相等。
电磁波和超声波的区别超声波是频率超过20000HZ的声波，声波是由空气振动产生的。
因其方向性很好，常用作探测工具。
电磁波是由电磁感应产生的能量波。
常作为信息载体，如手机信号。
电磁波电磁波是什么正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。
电磁波就是这样一位人类素未谋面的"朋友〞。
电磁波是电磁场的一种运动形态。
在高频电磁振荡的情况下，局部能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做"电磁波〞。
在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比拟缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。
然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。
电磁波为横波。
电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。
电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波。
波长越长的地面波，其衰减也越少。
电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。
中波或短波等空中波那么是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播〔电离层在离地面50～400公里之间〕。
振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。
其速度等于光速〔每秒3×1010厘米〕。
光波就是电磁波，无线电波也有和光波同样的特性，如当它通过不同介质时，也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。
在空间传播的电磁波，距离最近的电场〔磁场〕强度方向一样和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长。
电磁波的频率γ即电振荡电流的频率，无线电播送中用的单位是千赫，速度是c.根据λγ=c,求出λ=c/γ.电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可别离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，所以电磁波也常称为电波。
1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的根底上，建立了完整的电磁波理论。
关于油套管检测项目进口设备的“压电超声波检测设备”与“电磁超声波检测设备”的比较由于塔里木油田在钻井、完井作业中多次出现油套管质量问题，如大北101-1、克深201井油管接箍断裂，克深2-1-3井套管断裂等事故，严重影响油田的生产进度，大幅增加作业成本。
针对油套管质量事故频发的情况，认为开展油套管入井前的质量检测工作是避免不合格油套管入井使用的有效手段，特别是在油套管管体的无损检测方面既要保证检测质量又要保证检测产能，才能适应油田大规模的采油生产需要。
通过调研和API标准要求，管体无损检测必须采用“漏磁+超声波”检测方式，漏磁设备在国内已有成熟而先进设备可以满足，但超声波自动检测设备较国外设备差些。
为了保证油套管管体超声波自动检测质量的要求，经过论证和调研以及塔里木油田工程技术专家的要求，决定采用国外进口超声波自动检测设备并对此类设备进行充分调研。
2013年5月由何川（总）、孙云军、陈先富到上海宝钢实地调研Nordinkraft AG，Germany（德国锘锭克拉夫集团公司）的“电磁超声波检测设备”，了解到上海宝钢NK设备用于厚壁小管，因产量大，高速旋转前进探伤，故采用NK电磁超声波检测设备。
2013年6月由李攀登（总）、何川（总）到天津天钢实地调研GE Inspection & Control, Chin（通用电气检测控制技术（上海）有限公司）的“压电超声波检测设备”和 Nordinkraft AG，Germany（德国锘锭克拉夫集团公司）的“电磁超声波检测设备”，两种设备的使用情况各有特点。
在调研期间，还分别请GE Inspection & Control, Chin（通用电气检测控制技术（上海）有限公司）和 Nordinkraft AG，Germany（德国锘锭克拉夫集团公司）来新疆进行技术交流各个两次，对设备的性能及技术特点有了更进一步的了解。
根据调研和比对，在国内使用的国外设备主要有：GE Inspection & Control, Chin（通用电气检测控制技术（上海）有限公司）的“压电超声波检测设备”和Nordinkraft AG，Germany（德国锘锭克拉夫集团公司）的“电磁超声波检测设备”。
