دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 10541 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

افزایش دامنه سیگنال موج سطحی EMATها براساس تحلیل شبیه‌سازی 3 بعدی و روش آزمون متعامد

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
10541 2013 7 صفحه PDF 17 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Enhancement of signal amplitude of surface wave EMATs based on 3-D simulation analysis and orthogonal test method
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : NDT & E International, Volume 59, October 2013, Pages 11–17

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
کلیدوا‌ژه‌ها
1. مقدمه
2. تحلیل شبیه‌سازی 3 بعدی
شکل 1. فرایند جاری موج سطحی EMAT بر سطح آلومینیومی.
شکل 2. مدل فیزیکی سه بعدی موج سطحی EMAT. (a) کل مدل و (b) مدل کویل و صفحه.
شکل 3. توزیع مولفه‌های  و  در جهت‌های x, y و z در صفحه آلومینیومی. (a) توزیع ، (b) توزیع ، (c) توزیع ، (d) توزیع ، (e) توزیع  و (f) توزیع
شکل 4. توزیع موج‌های سطحی تهییج شده توسط نیروی لورنتز با توجه به میدان مغناطیسی ایستا.
شکل 5. توزیع موج‌های سطحی تهییج شده توسط نیروی لورنتز مربوط به میدان مغناطیسی پویا.
3. طرح بهینه EMATها
شکل 6. تغییر دامنه موج سطحی در راستای محور پرتو صوتی.
جدول 1ـ  بازه تغییر پارامترهای EMAT
جدول 2 ـ آزمون آرایه متعامد برای موج سطحی EMATها.
شکل 7. پارامترهای هندسی EMAT.
جدول 3ـ  تحلیل نتیجه آزمون متعامد.
شکل 8. تاثیر تغییر پارامترهای طراحی EMAT بر دامنه موج‌های سطحی مربوط به
4. بحث
شکل 9. عنصر خط AB بر سطح صفحه آلومینیومی تحت EMAT
شکل 10.  و از EMAT بهینه شده در راستای عنصر خط AB. (a) نیروی لورنتز و (b) میدان مغناطیسی ایستا.
شکل 11. تاثیرگذاری پارامترهای EMAT بر دامنه سیگنال ماوراء صوت مربوط به .
شکل 12. مقایسه سیگنال‌های موج سطحی بین EMATهای اصلی و بهینه شده. (a) EMAT اصلی و (b) EMAT بهینه شده.
جدول 4ـ مقایسه دامنه سیگنال بین EMATهای اصلی و بهینه.
5. آزمایش‌ها
6. نتیجه‌گیری
کلمات کلیدی
3 الکترومغناطیسی مبدل صوتی -      امواج سطحی -     تجزیه و تحلیل شبیه سازیسه بعدی -      طراحی بهینه -      روش آزمون متعامد
ترجمه چکیده
دامنه سیگنال ماوراء صوت تولیدی توسط مبدل‌های صوتی الکترومغناطیسی (EMATs) معمولاً در هنگام مقایسه با سیگنال‌های تولیدی توسط مبدل‌های متصل کمتر هستند، این مطلب کاربرد EMATها را در حوزه‌های ارزیابی غیرویرانگر و آزمون غیرویرانگر محدود می‌کند. فرایند ارسال EMAT موج‌ سطحی، براساس مدل 3 بعدی، با هدف افزایش دامنه موج‌های ماوراء صوت تولیدی توسط EMAT، مطالعه شده است. با استفاده از روش آزمون متعامد تاثیر پارامترهای مختلف و در حال تغییر EMAT بر موج‌ سطحی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد بعد از بهینه‌سازی، دامنه سیگنال EMAT تا 25.2% افزایش یافته است. © 2013 شرکت مسئولیت محدود الزویر. تمام حقوق محفوظ است.
ترجمه مقدمه
مبدل‌های صوتی الکترومغناطیسی (EMATs) نوعی مبدل بدون تماس و ماوراء صوت است، این مبدل‌ها قادر به تولید یا کشف موج‌های ماوراء صوت هستند. آنها به شکلی اختصاصی می‌توانند برای برخی کاربردها در آزمون غیرتخریبی (NDT) و ارزیابی غیرتخریبی (NDE) جذاب باشند، به کوپلنت مایع نیاز ندارد، برای تولید و کشف حالت‌های مختلف موج انعطاف‌پذیری دارند، بر روی عناصر داغ یا متحرک قابل اجرا هستند [1,2]. دامنه موج ماوراء صوت تهییج شده توسط EMATها معمولاً در مقایسه با دامنه مبدل‌های فیزیوالکتریک خیلی ضعیف است، چرا که سازوکارهای تولید نسبتاً غیرکارآمد هستند. در عمل، تلاش شده است کارآمدی تولید ضعیف با حداکثرسازی ارسال توان جبران شود، اغلب از باند باریک و گیرنده‌های نویز کم-ماورا استفاده می‌شود، روش‌های مختلف پردازش سیگنال معرفی می‌شود [3]، این امر لاجرم پیچیدگی و هزینه سیستم‌های بازرسی EMAT را افزایش می‌دهد. محققان فرایندهای کاری EMATها را، براساس مدل‌های فیزیکی مختلف، شبیه‌سازی و تحلیل کرده‌اند و بررسی‌های گسترده برای سازوکارهای EMAT اجرا کرده‌اند [3–11]، این تلاش به منظور کاهش مسائل مربوط به کارآمدی پایین آنها بوده است. اثر قبلی شناخت اصول عملیات EMAT را تعمیم داده است، بنیانی برای بهبود عملکرد EMAT ایجاد کرده است. تهییج ماوراء صوت تولیدی توسط EMAT فرایندی مولتی‌فیزیک است، این فرایند شامل تعامل جریان‌های فوکو، میدان‌های مغناطیسی ایستا و پویا و نمونه است. برای تسهیل تحلیل، اثر قبلی معمولاً مدل‌های ساده EMAT را، براساس چند پیش‌شرط، برقرار کرد، پیش‌شرط شامل استفاده از مدل‌های 2 بعدی برای نمایش موقعیت‌های 3 بعدی است، با این فرض که میدان مغناطیسی ایستا یکنواخت است، با نادیده گرفتن مقداری از تاثیرگذاری میدان‌های مغناطیسی پویا، یا ساخت مدل‌هایی صرفاً برای فرایند کار واسطه‌ای EMATها [3–10]. براساس این مدل‌های ساده، محققان قبلاً به تحقیق درباره تاثیرگذاری تعداد کمی از پارامترهای EMAT (از جمله مسافت جهش اولیه، نسبت عرض آهن‌ربا-به-سیم‌پیچ) در دامنه سیگنال ماوراء صوت پرداخته‌اند و دامنه ماوراء صوت را صرفاً با بهبود میدان‌های فیزیکی واسطه‌ای، از جمله جریان فوکو، میدان‌های مغناطیسی یا میدان‌های نیروی لورنتز، فرایندهای ارسال EMATها افزایش داده‌اند [3–10]. با این حال، تاکنون فعالیت تحقیقاتی کمی بر روی روش ارتقاء دامنه ماوراء صوت، با بررسی و مقایسه تاثیرگذاری چند پارامتر EMAT بر دامنه، با رویکرد جامع با ملاحظه فرایند ارسال EMAT در کل انجام شده است. روش مدل‌سازی جدید 3 بعدی اخیراً برای EMATهای موج سطحی پیچ-خط-کویل با فعالیت بر سطوح آلومینیومی انجام شده است [11]. دقت و انسجام مدل به شکلی قابل ملاحظه بهبود یافته است، فرایند ارسال کاملتر EMATهای موج سطحی، با ملاحظه تاثیرگذاری میدان‌های مغناطیسی پویا بر فرایند تولید، مدل سازی می‌شود. این مقاله تحقیقی بهتر و گسترش یافته‌ از تاثیرگذاری چند پارامتر EMAT بر دامنه موج‌های ماوراء صوت تولیدی ارائه می‌دهد، و رویکردی برای EMATهای موج سطحی پیشنهاد می‌کند تا دامنه سیگنال‌شان افزایش یابد. این مقاله به شرح ذیل سازمان‌دهی شده است: اول، فرایند ارسال EMAT موج سطحی، براساس شبیه‌سازی مدل 3 بعدی، مطالعه شده است؛ دوم، استفاده از روش آزمون متعامد، تاثیرگذاری پارامترهای مختلف بر دامنه موج ماوراء صوت تولیدی EMAT ایجاد شده است، و این پارامترها برای حداکثرسازی دامنه موج بهینه شده‌اند؛ و در نهایت، آزمایش‌هایی برای اعتبارسنجی نتایج روش پیشنهادی اجرا شده‌اند.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله افزایش دامنه سیگنال موج سطحی EMATها براساس تحلیل شبیه‌سازی 3 بعدی و روش آزمون متعامد

چکیده انگلیسی

The amplitude of an ultrasonic signal generated by electromagnetic acoustic transducers (EMATs) is typically low when compared to those generated by contacting transducers, which restricts the application of EMATs in the fields of nondestructive testing and nondestructive evaluation. The transmission process of a surface wave EMAT is studied, based on a previously established 3-D model, with the aim of enhancing the amplitude of ultrasonic waves generated by the EMAT. The effect of changing various EMAT parameters on the surface wave is investigated, by utilizing the orthogonal test method. Results indicate that after optimization, the signal amplitude of the EMAT has increased by 25.2%.

مقدمه انگلیسی

Electromagnetic acoustic transducers (EMATs) are a type of non-contact, ultrasonic transducer, capable of generating or detecting ultrasonic waves. They can be particularly attractive for some applications in nondestructive testing (NDT) and nondestructive evaluation (NDE), requiring no liquid couplant, having the flexibility to generate and detect multiple wave modes, with the capability of operating on hot or moving components [1] and [2]. The ultrasonic wave amplitude excited by EMATs is usually very weak compared with that of the piezoelectric transducers, as the generation mechanisms are relatively inefficient. In practice, one attempts to compensate for the poor generation efficiency by maximizing transmitting power, often using narrowband and ultra-low noise receivers, and by introducing various signal processing methods [3], which inevitably increases the complexity and the cost of EMAT-inspection systems. Researchers have simulated and analyzed the working processes of EMATs, based on various physical models and have performed extensive investigations of the EMAT mechanisms [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10] and [11], in an attempt to reduce the issues associated with their low efficiencies. This previous work has extended the understanding of EMATs' operation principles, laying the foundation for the improvement of EMAT performance. The excitation of ultrasound generated by an EMAT is a multi-physics process, which involves the interaction of eddy currents, static and dynamic magnetic fields and the sample. To facilitate analysis, previous work has typically established simplified EMAT models, based on several preconditions, including using 2-D models to represent 3-D situations, assuming the static magnetic field is uniform, neglecting some of the influence of dynamic magnetic fields, or building models only for the intermediate working process of EMATs [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9] and [10]. Based on these simplified models, researchers have previously studied the influence of a few EMAT parameters (such as lift-off distance, magnet-to-coil width ratio) on the amplitude of the ultrasonic signal and have enhanced the ultrasonic amplitude merely by improving the intermediate physical fields, including the eddy current, magnetic fields or Lorentz force fields, of the transmission processes of EMATs [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9] and [10]. To date, however, there has been little work studying the method of enhancement of ultrasonic amplitude, by investigating and comparing the influence of various EMAT parameters on the amplitude, with a holistic approach considering the EMAT's transmission process as a whole. A novel 3-D modeling method has recently been proposed, for the meander-line-coil surface wave EMATs operating on aluminum plates [11]. The accuracy and integrity of the model have been significantly improved, modeling a more complete transmitting process of the surface wave EMATs, with consideration of the influence of the dynamic magnetic fields on the generation process. This paper presents an improved and extended study of the influence of various EMAT parameters on the amplitude of generated ultrasonic waves, and proposes an approach for surface wave EMATs to enhance their signal amplitude. This paper is organized as follows: firstly, the transmission process of a surface wave EMAT is studied, based on the simulation of a 3-D model; secondly, using the orthogonal test method, the influence of various parameters on EMAT generated ultrasonic wave amplitude is obtained, and these parameters are optimized to maximize the wave amplitude; and finally, experiments are conducted to validate the results of the proposed method.

نتیجه گیری انگلیسی

Aiming at enhancing the signal amplitude of the surface wave EMATs for the inspection of aluminum plates, an optimal design method is proposed by using the orthogonal test method based on the 3-D model we previously established. The influence of various parameters on the amplitude is investigated and compared. Experiments indicate that the signal amplitude of the optimized transducer has increased by 25.2%, which verifies the validity of the proposed method. Within the given ranges of variation of EMAT parameters, conclusions are drawn as follows: (1) Although lift-off distance and excitation current play the most significant role in the enhancement of signal amplitude of surface waves, which are excited by the Lorentz forces due to static magnetic field, proper choice of EMAT parameters, like the thickness of magnet, the width of coil conductors, and the size relationship between magnet and coil, can significantly increase the signal amplitude. (2) For the given levels within the ranges of variation, increasing the excitation current, the thickness of magnet and the length of coil conductors, and decreasing the lift-off distance, and the width of coil conductors are advantageous to the enhancement of the signal amplitude. Moreover, the size relationship between the magnet and the coil should be that the magnet is 1.22 times wider than the coil and meanwhile shares the same length as that of the coil conductors. (3) Lift-off distance, excitation current and the width of coil conductors have similar magnitude effects, and have a much stronger influence on the signal amplitude of surface waves excited by the Lorentz forces due to the dynamic magnetic field than the static magnetic field. This makes it possible to adjust the properties of the excited surface waves according to the requirements of real applications.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.