螺旋线圈电磁超声换能器解析建模与分析

目前电磁超声换能器(electromagnetic acoustictransducer,EMAT)建模方法中存在有限元法计算时间较长,解析法建模不完整的问题。通过将圆柱永磁体等效为电流环并采用截断区域特征函数展开(truncated region eigen-function expansion,TREE)方法,建立螺旋线圈EMAT完整解析模型,得到涡流、磁场、力场和线圈阻抗的表达式。随后以铝板探伤为背景,应用该模型分析静磁场及其产生的洛伦兹力分布规律,得到永磁体直径是线圈的1.5～2倍,厚度与其直径相等的设计原则;对比分析静磁场洛伦兹力和交变磁场洛伦兹力的频率、大小和分布规律。最后,结合有限元法和实验验证了模型和分析结果的有效性。