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。
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。
电磁声换能器可按提供偏置磁场的方式分为电磁铁式和永磁体式两大类。探头线圈也可分为
螺旋线圈和曲折线圈两类。采用电磁铁提供偏置, 优点是结构相对简单、 成本低, 并且磁路中的非线形元件少, 缺点是体积相对较大, 发热现象比较严重。