电磁超声无损检测技术是一种以超声换能器，可以非接触式测量材料厚度的技术应用

电磁超声无损检测技术是一种电磁超声换能技术

(ElectromagneticAcousticTransducer）

现有的超声无损检测方法通常采用压电超声检测方法，但存在依赖声耦合剂、检测场合有限等问题，难以用于高温、低温、在线等检测领域。

电磁超声无损检测技术是一种电磁超声换能技术(Electromagnetic Acoustic Transducer，以EMAT为核心的新型超声无损检测技术。与传统的压电超声技术相比，该技术具有无耦合剂、无接触试件、无预处理试件表面的优点，可方便生产各种超声波，适用于无接触检测、高温检测、高速在线检测等场合。电磁超声技术显著提高了超声无损检测技术的检测精度、检测效率、应用范围、环境适应性、经济性和环保性。

典型的电磁超声传感器包括三个部分：线圈、磁铁和试件。在非铁磁材料中，EMAT的传感机理是洛伦兹力机理；在铁磁材料中，洛伦兹力、磁致伸缩力和磁化力将共同完成超声波的发射和接收。以洛伦兹力机理为例，简要介绍了EMAT的工作原理（见图1）：当通过交变电流的导线(或线圈)放置在试件表面时，会在试件表面产生涡流；涡流与磁铁产生的静磁场相互作用会产生洛伦兹力；洛伦兹力会引起试件内部质点的高频振动，以波的形式向外传播，完成超声波的发射；通过控制线圈和磁铁的结构和参数，可以方便地刺激各种类型的超声波。电磁超声的接收是发射的逆过程。

美国、德国、英国、日本等国家作为传统压电超声技术的理想替代品，高度重视电磁超声无损检测技术，在财政支持和人员配备方面投入巨资。近年来，这些国家对该技术进行了广泛而深入的研究，并成功地应用于冶金、焊接、列车轨道、管道、桥梁、飞机、板材、棒材等领域，部分产品已进入中国市场。我国电磁超声无损检测领域的研究起步较晚，目前关于电磁超声无损检测产品的报告相对较少。

电磁超声和压电超声*大的区别在于产生的机制不同。压电超声波的超声波是由压电晶片在高压激励下产生的。超声波只能通过延迟块和耦合剂进入工件。高频超声波在空气中会迅速衰减，因此无法穿越松散的腐蚀层、空气和分离。

电磁超声是在工件的皮肤层产生的，超声只在工件内部传播，与耦合剂无关，因此可以提取、隔离和空耦合。电磁超声的另一个优点是它可以方便地刺激导波，这对埋地管道的检测具有重要意义。

从这张图中可以看出，工件内的感应电流(虚拟线圈)是侧向的，所以产生的超声波是剪切波，也叫横波，而压电晶体被激励后是上下振动，所以产生的波是纵波(压缩波)，这就是为什么钢中电磁超声的声速通常是3240m/S, 常规压电超声的声速为5920m/S，一个是横波，另一个是纵波。

1.2.2 电磁超声导波检测技术

管道运输作为我国五种运输方式之一，不仅可以实现低损耗、高效的运输，而且不受天气等因素的影响，广泛应用于能源和化学领域。到2014年，我国油气管道运输业发展迅速，总里程已达10.7万公里。但由于工作环境恶劣，长期在线工作，管道容易出现裂缝、腐蚀等缺陷，造成**风险。通过检测缺陷并采取相应措施，可以提高经济效益，避免事故。因此，定期在线管道无损检测和长期在线监测具有重要意义。

超声波检测技术是无损检测领域应用*广泛的检测技术。根据超声波的类型，超声波检测分为体波检测和导波检测。与其他超声检测技术相比，导波检测方法具有以下优点： (1) 在传播过程中，导波受到介质边界的约束，沿传播路径的能量衰减减小，因此可以实现长距离检测；(2) 与传统的超声逐点检测方法相比，导波检测采用线扫描方法，检测效率高；(3) 导波的波结构比较复杂，可以通过模式控制选择相应的波结构来识别不同类型的缺陷。本课题研究的波导是具有自由边界条件的各向同性管结构。根据质点的振动形式，管道中的导波可分为纵向模态、扭转模态和弯曲模态。其中，扭转导波在传播过程中，质点沿管道周向振动，对纵向缺陷敏感，低模扭转导波具有非分散特性，广泛应用于导波管缺陷检测。

压电超声技术、磁致伸缩技术和电磁超声技术都能激励管道中的扭转导波。目前阶段，压电导波传感器和磁致伸缩扭转导波传感器是典型的激励和接收扭转导波的传感器。与电磁超声传感器相比，这两种传感器具有更高的换能效率，适用于长距离管道缺陷检测。在检测灵敏度方面，磁致伸缩导波检测方法具有较高的灵敏度。在结构上，压电导波传感器需要夹具，结构复杂，体积大，成本高；磁致伸缩导波传感器由线圈、磁致伸缩带和被测构件组成，结构简单，体积小，成本低。在耦合方式上，压电导波传感器通过外力使传感器与构件紧密结合，耦合效率低；磁致伸缩导波传感器通过粘结耦合使磁致伸缩带与被测构件紧密结合，耦合效率高。因此，磁致伸缩导波检测技术具有效率高、成本低的特点。

根据《GB/T28704-2012 磁致伸缩超声导波无损检测方法，磁致伸缩效应包括正磁致伸缩效应和反磁致伸缩效应。其中，正磁致伸缩是指铁磁材料在外磁场作用时尺寸和形状的变化；反磁致伸缩效应是指铁磁材料的接收（长度方向）轴向外力时，其内部磁场发生变化。

管道中磁致伸缩导波的刺激是基于正磁致伸缩效应，即在外加磁场的作用下，铁磁材料表面产生弹性变形，在介质中以导波的形式传播。因此，磁致伸缩导波的接收是基于反向磁致伸缩效应，质点的振动导致铁磁材料的弹性变形，进而导致其内部磁场的变化。

根据材料的变形方式，管道中的导波分为弯曲模态、扭转模态和纵向模态。由于弯曲模态导波结构复杂，一般不用于管道缺陷检测。如图2-1所示，在大功率交变脉冲的激励下，线圈产生沿管道轴向分布的交变磁场。如果沿磁致伸缩带的长度方向磁化，将获得沿管道周向分布的直流偏置磁场，即交变磁场垂直于直流偏置磁场。在两个磁场的共同作用下，磁致伸缩材料表面产生扭转变形，刺激扭转导波。相应地，如果沿磁致伸缩带宽度方向磁化，将获得沿管轴方向分布的直流偏置磁场，即交变磁场与直流偏置磁场平行。在两个磁场的共同作用下，磁致伸缩材料表面发生轴向变形，产生纵向导波。在传播过程中，导波会在介质界面之间反射多次。由于介质界面的引导，能量集中，传播距离长。因此，与其他超声技术相比，导波检测技术的单点激励可以对试件截面进行长距离检测，检测效率更高。磁致伸缩导波管缺陷检测系统是一种基于磁致伸缩效应的超声导波检测系统，其传感器结构简单，安装方便，有效降低了检测成本。其基本原理如图2所示，通过配置专用管道探头，实现管道缺陷的快速扫描和定位。可用于桥梁电缆、换热器、结构健康在线监测、长油气管道网络、铁路轨道在线监测、高温管道及伴热管道、炼化工艺管网在线检测、海洋钻井平台立管、工艺管道、加热、锅炉管道、供气管道系统等的**检测。

图2 埋地管道电磁超声导波检测原理示意图

电磁超声（磁致伸缩）导波是一种特别适合埋地管道缺陷检测的检测技术。在没有法兰的管道段，传播距离可达数百米，对提高管廊管道检测效率具有很强的现实意义。

我们的电磁超声分为以下系列：

（1）EMUT10系列，以笔、便携性为主要特点，探伤结构，采用高速采样，穿透力强（因为宽度可调双极性方波激励），可现场显示波形特征，部分型号支持快速拆卸结构，现场更换非常方便. 配备了高温探头、小管径探头、B扫描车。

(2)EMUT20系列以分体、高精度为特点，其中EMUT20+将厚度分辨率提高到0.1 μm，传统超声波100M采样率只能区分为0.03mm，精度提高了300倍。如果消除噪声影响，螺栓应力检测的精度完全足够，汽车工业的螺栓应力可以测量

(3)EMUT30系列，以小型化、超低功耗为主要特点，主要用于广泛的管道腐蚀监测。

(4)EMUT40系列采用脉冲电磁代替永磁，具有通电有磁、断电退磁的特点，在自动化应用中至关重要，可防止探头撞击

超声波测厚仪原理介绍

超声波测厚的本质是测量超声波在工件中的传播时间，电磁超声螺栓应力检测的本质也是飞行时间的测量（Time of Filght）。说到这里，你应该能想到TOFDD（Time of Flight Diffraction)，是的，垂直焊缝可以通过衍射声时法进行探伤。通过测量直通波、上端波和下端波的飞行时间，可以测量焊缝的大致形状。那么如何测量这个时间是一个很大的知识。

一般精密计时有几种原理

1、使用门电路计时，如用发射波启动门计数，用回波关闭门计数，时间T=方波脉冲周期T*数N，如果方波频率为25mHz，则T=0.04μS，也就是说，计时电路的精度为0.04μS。（TT100 300系列就是这个原理，MT150也是这个原理，MT200使用40MHz时钟，所以精度会稍高一些)，测厚精度TT100系列为0.1mm，而MT200可以宣称0.05mm就是这个道理。

2、采用高速ADC采样，其精度是采样率的倒数，如100MHz采样，其计时精度为0.01μS，原则上可以达到0.03mm以内，平均可以提高到0.015mm或更低，但不能无限提高。带A扫描的测厚仪大概就是这个精度。

3、使用计时芯片(TDC芯片)，*高精度可以达到PS(10负12次)水平，所以这个计时精度*高。(TT700、UT700、UT200都是这个原理)，精度可以很高，但由于前沿检测造成的误差，0.001mm已经是瓶颈。

4、Dakota和Metrelink采用的时空互补精密计时技术是基于2，将精度细分为100-1000份。因此可以达到0.1μm分辨率。(EMUT20+)

UT200应该是这个星球上*划算的穿越涂层超声波测厚仪。