电磁超声换能器三维有限元分析及优化设计

电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)设计理论的不足严重限制了电磁超声检测技术的进一步发展。为了从根本上解决该问题,对用于铝板表面检测的电磁超声表面波换能器进行了三维有限元建模和仿真分析,发现换能器的几何参数对EMAT的换能效率具有重要影响。为此,在所建模型基础上,利用正交试验设计方法选取了影响换能效率的关键参数,确定EMAT设计的基本准则,并依次对EMAT线圈和永磁体进行了优化设计。实验表明,优化后的电磁超声信号幅值增长为优化前的2.99倍,在三维有限元模型基础上利用正交试验设计方法能够有效地对EMAT进行优化设计。