外文翻譯-扭轉(zhuǎn)波試驗(yàn)和一種新的磁致伸縮傳感器配置

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯與原文題目： 扭轉(zhuǎn)波試驗(yàn)和一種新的磁致伸縮傳感器配置 學(xué) 院： 測試與光電工程學(xué)院專業(yè)名稱： 測控技術(shù)與儀器班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二Oxx年 四 月 扭轉(zhuǎn)波試驗(yàn)和一種新的磁致伸縮傳感器配置Yoon Young Kim, Chan II Park, Seung Hyun Cho, and Soon Woo HanSchool of Mechanical and Aerospace Engineering and National Creative Research Initiatives Centerfor Multiscale Design, Seoul National University, Shinlim-Dong, San 56-1, Kwanak-Gu Seoul 151-742, Korea (Received 20 April 2004; revised 13 March 2005; accepted 15 March 2005) 在針對管道的有效遠(yuǎn)程無損檢測中，導(dǎo)波應(yīng)用得越來越廣泛。在各種導(dǎo)波模式中，扭轉(zhuǎn)波的第一個(gè)分支是色散波，所以他更受人喜歡。我們這項(xiàng)任務(wù)的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)新的磁致伸縮傳感器來傳輸和接收圓柱體中的扭轉(zhuǎn)波。傳統(tǒng)的磁致伸縮換能器是用來生成并測量扭轉(zhuǎn)波的，它由電磁線圈和一條鎳帶組成，這條鎳帶綁在管道的四周用來測試管道。在實(shí)際測量之前，我們必須用永久磁鐵對鎳帶進(jìn)行預(yù)磁化。由于經(jīng)過預(yù)磁化，傳感器不適合長期的在線監(jiān)測埋在地底下的管道。為了避免預(yù)磁化帶來的麻煩并且提高轉(zhuǎn)換效率，我們創(chuàng)建了一個(gè)新的傳感器裝置，把幾條鎳帶安裝在管道軸的45上了。如果加上一個(gè)靜態(tài)偏置磁場域，傳感器的輸出可以大幅增加。我們做了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究所創(chuàng)建的傳感器裝置的性能。這個(gè)傳感器裝置也可以對鋁管進(jìn)行探傷。2005美國聲學(xué)協(xié)會。(DOI:10.1121/1.1904304)PACS numbers:43.20.43.20 Mv,Gp,43.35。Cg(AJZ) Pages:3459 - 34681. 簡介 作為無損檢測的有力工具，導(dǎo)波技術(shù)被用來檢測圓柱波導(dǎo)，如各類管子。最近，波導(dǎo)技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注1-6。由于導(dǎo)波沿著波導(dǎo)軸可以傳播數(shù)米，故導(dǎo)波技術(shù)可以很有效的檢查很大一部分的波導(dǎo)。有一些波的模式如：縱向、扭轉(zhuǎn)和彎曲模式可以用于無損檢測，但扭轉(zhuǎn)波模式是首選的,因?yàn)樗牡谝粋€(gè)分支是色散波，而且能良好的處理信號。因此,在扭轉(zhuǎn)波無損檢測評價(jià)技術(shù)中，如何生成一個(gè)有效的扭轉(zhuǎn)波是一個(gè)重要的問題。就扭轉(zhuǎn)波的產(chǎn)生和測量而言,有兩種方法可用:一種方法是利用壓電傳感器，另一種則是利用磁致伸縮換能器8。每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),但由于磁致伸縮換能器成本不高，易于安裝，所以我們關(guān)心的是一個(gè)新磁致伸縮換能器的發(fā)展空間。磁致伸縮傳感器利用鐵磁材料的彈性變形和磁場之間的耦合效應(yīng)。盡管磁致伸縮換能器(包括傳感器)在很多案例中已經(jīng)被應(yīng)用和研究,9-14但利用他們來生成扭轉(zhuǎn)波也只是最近才由Kwun8制作出來。Kwun的傳感器裝置在圓柱波導(dǎo)中生成了扭轉(zhuǎn)波，其裝置圖如Fig.1(a)。該傳感器由一個(gè)鎳條和電磁線圈組成，這個(gè)電磁線圈環(huán)繞在鎳條四周。鎳條黏結(jié)在管狀試樣四周來測試試樣，永磁鐵綁在鎳條上起到預(yù)磁化作用。(任何鐵磁性材料都可以用來替代鎳條，但鎳條更易尋找且成本低。)該預(yù)磁化將產(chǎn)生圓周方向的靜態(tài)磁場強(qiáng)度,如圖1所示。當(dāng)交流電通過電磁線圈,鎳帶z軸方向上的交變磁場強(qiáng)度(Hd)也增強(qiáng)了。如果HD和HS的大小幾乎相同,產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度矢量方向?qū)⒅赶騴軸45方向,見圖1（b）。. Kwun8在該領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，他開發(fā)了一個(gè)能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波的新磁致伸縮換能器。然而,傳感器裝置有一些缺陷。首先,鎳帶總是需要在換能器使用前進(jìn)行預(yù)磁化。當(dāng)傳感器用于地下管道的長期在線監(jiān)測,鎳條需要定期磁化，但這很難實(shí)現(xiàn)。其次，,如果HD和HS量級的順序不同,除了扭轉(zhuǎn)波外，還會產(chǎn)生雜波。為了克服上述缺點(diǎn),我們創(chuàng)建了一個(gè)新的傳感器裝置，如圖2所示。鎳帶被黏結(jié)在測試試樣上，并與試樣成45角對齊。由于鎳的相對磁導(dǎo)率比試樣要高，所以線圈中的產(chǎn)生的大部分磁通量流經(jīng)鎳帶。因此,由磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的鎳帶的彈性變形,使得測試試樣在平行于鎳帶方向產(chǎn)生主要的彈性變形。顯然,生成的應(yīng)變將會使扭轉(zhuǎn)波沿試樣軸方向傳播。 圖1.產(chǎn)生和測量扭轉(zhuǎn)波的Kwun的磁致伸縮換能器。(a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)產(chǎn)生的Hs和Hd的總和大小的磁場強(qiáng)度方向。 Kwun的換能器和我所創(chuàng)建的換能器之間的主要區(qū)別僅僅是鎳帶的定向角。然而,對齊方式的改變對傳感器特性有重大影響;不需要進(jìn)行預(yù)磁化，產(chǎn)生的波模式與當(dāng)前電磁線圈的電流輸入級也是不相關(guān)的。毫無疑問，應(yīng)用偏置磁場會提高傳感器的性能，但是即使沒有偏置磁場，新創(chuàng)建的傳感器也是可以使用的。偏置磁場的影響將在隨后進(jìn)行研究。 早些時(shí)候,Ohzeki和Mashine15 使用斜型鐵磁補(bǔ)丁，這個(gè)補(bǔ)丁附在測試樣品上，朝著測試樣品軸的方向。他們的動(dòng)機(jī)是測量在軸銑床中傳輸?shù)呐ぞ?。然而，這項(xiàng)工作中創(chuàng)建的傳感器不僅可以測量扭矩，而且可以產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波。鋁管中的損傷位置估計(jì)也將被視為一個(gè)典型的應(yīng)用難題。 驗(yàn)證的性能圖2. 被提議的磁致伸縮換能器用來生成和測量扭轉(zhuǎn)波 圖3.內(nèi)外半徑分別為a=11.5毫米和b=12.5毫米的圓柱形鋁殼中軸對稱扭轉(zhuǎn)波的相速度色散曲線 提出的傳感器,進(jìn)行了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)。II.理論背景在本節(jié)中,我們將討論指導(dǎo)扭轉(zhuǎn)波和磁致伸縮效應(yīng)。A. 指導(dǎo)扭轉(zhuǎn)波 在這次調(diào)查中,薄壁管道被用作波導(dǎo)。彈性波的機(jī)制及其色散特性將主要展示在圓柱殼圖1(a)中。圖3顯示了vp-M關(guān)系的色散曲線(vp:相速度,m:角頻率)。從圖3可以看到,第一個(gè)分支,是最低能分支,是非色散的。因此,屬于第一分支的波的相速度與頻率無關(guān)。如果激勵(lì)頻率比第一個(gè)截止頻率(1.6兆赫)高不了多少的話，那第一個(gè)分支就會成為波能的主要載體。因此,激勵(lì)脈沖形狀將幾乎可以全部保存。其他波模式或分支沒有非色散特性,所以最好使用第一分支扭轉(zhuǎn)波模式中可以分解的脈沖來檢測遠(yuǎn)程傷害。對于色散特性的一般討論,我們可以看看阿肯巴克16, Miklowitz17格拉芙18、或Rose19.B.磁致伸縮效應(yīng) 該傳感器在驅(qū)動(dòng)和測量扭轉(zhuǎn)波中使用了磁致伸縮效應(yīng),所以我們應(yīng)該解釋一下磁致伸縮效應(yīng)的物理原理，如焦耳效應(yīng)和維拉里效應(yīng)。焦耳效應(yīng)20是指置于磁場中的一塊鐵磁材料尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象。維拉里效應(yīng)21代表焦耳效應(yīng)的逆現(xiàn)象。焦耳效應(yīng)和維拉里效應(yīng)可以由以下兩個(gè)一維的方程來表示:圖4.應(yīng)力狀態(tài)下的純扭轉(zhuǎn)管。（a)任意一點(diǎn)p在管子表面；（b)應(yīng)力狀態(tài)的二維工程視圖。此處,B和H各自代表應(yīng)變,壓力,磁通密度和磁場強(qiáng)度。材料常數(shù)EH, q*, 分別表示恒定磁場中的楊氏模量,焦耳效應(yīng)的耦合系數(shù)、在恒定應(yīng)力下的滲透率和維拉里效應(yīng)的耦合系數(shù)。,我們可以在Jiles22找到關(guān)于磁致伸縮效應(yīng)的一般理論，這個(gè)理論解釋了滯后和不可逆性。彈性波或鐵磁材料的變形很容易節(jié)能轉(zhuǎn)換成在包圍在材料周圍的電磁閥的電壓變化。III.為扭轉(zhuǎn)波創(chuàng)建的磁致伸縮傳感器A. 傳感器裝置和一階應(yīng)力分析 為了解釋管道中通過焦耳效應(yīng)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波的機(jī)理,我們選取管表面一個(gè)通用點(diǎn)p，見圖4(a)。當(dāng)管道圖4(a)所示是在純扭的狀態(tài),P在z-平面的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)該類似于圖4所示的狀態(tài)(b)。z-坐標(biāo)系統(tǒng)中的純剪狀態(tài)可以用主軸1和2中的兩個(gè)正常應(yīng)力()來表示，這兩個(gè)主軸與z軸成45。因此,如果有相反的跡象的正常應(yīng)力是沿著兩個(gè)主軸的,那么純扭轉(zhuǎn)波就可以沿著管道軸生成?；趫D4(b)的簡單應(yīng)力分析，我們建議鐵磁條(由鎳組成)沿管道軸45對齊。在圖5(a)我們可以看到一個(gè)鋁管的外表面上綁了四條鎳帶，圖5(b)表示了一個(gè)由鎳帶和電磁線圈組成的磁致伸縮換能器。電磁線圈既是驅(qū)動(dòng)線圈，也是感應(yīng)線圈。通過磁致伸縮效應(yīng)，鋁管可以被鎳帶的彈性變形激活。因此，圖（5）綁在管道表面的鎳帶(a)和(b)處不安裝驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)線圈。當(dāng)彈性電流流過電磁線圈時(shí)，研究鎳帶中磁通量的方向很重要。圖6顯示了z-平面中磁通量線的模式。 為了更好的分析，我們采用二維線性靜態(tài)模型。利用ansys23我們進(jìn)行了實(shí)際數(shù)值計(jì)算。 圖6中，由于鎳的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于那些鋁和空氣，所以鎳條中的磁通量主要沿著軸1。因此，當(dāng)電流通過電磁線圈時(shí)，焦耳效應(yīng)導(dǎo)致鎳條主要沿軸1方向變形。為了研究所鎳帶產(chǎn)生的波，我們得先考慮電流輸入到電磁線圈時(shí)鎳帶的彈性變形并進(jìn)行一階應(yīng)力分析。鎳帶沿軸1方向發(fā)生了均勻收縮(或擴(kuò)展)，在被綁定之前，鎳帶也沿軸2方向發(fā)生了伴隨性的均勻拉伸(或收縮)，這兩種變形可以被由以下應(yīng)變分量表示：其中vN是鎳的泊松比。 當(dāng)鎳條被綁在鋁管時(shí)，鎳帶的彈性變形在鋁管中出現(xiàn)了應(yīng)力。圖7. 管道應(yīng)力狀態(tài)的分解取決于鎳帶的變形。 該應(yīng)力的大小評估需要相當(dāng)復(fù)雜的分析，所以一階分析會用到一些假設(shè)。如果LNnwN(LN、wN：每條鎳帶的長度和寬度，n：鎳帶數(shù)）在圖2、鎳帶綁在管道的地方出現(xiàn)的應(yīng)力可假定為此處0代表在1軸的正常應(yīng)力分量。 為了將沿軸1和軸2表示的應(yīng)力成分轉(zhuǎn)換到z-坐標(biāo)系統(tǒng)中，我們要使用到下列轉(zhuǎn)換公式(看到，例如，Timoshenko和Goodier24) :此處的是兩個(gè)正交坐標(biāo)系統(tǒng)之間的夾角(i，j),（i，j）。代入（i，j）=（z,），(i,j)=(1,2)和=45，Eq.(4）中的應(yīng)力分量可以寫成 雖然純剪狀態(tài)(zz=0,0)可取，但是從公式（6）看出，正應(yīng)力也由此產(chǎn)生了。 因此，不僅扭轉(zhuǎn)波會生成（由于)，而且縱波(由于zz)也會生成。圖7顯示分解為三個(gè)應(yīng)力分量的應(yīng)力狀態(tài)。為了研究應(yīng)力波的傳播，我們必須注意到，縱波速度cL=(EA/A)是不同于扭轉(zhuǎn)波的速度cT=EA/2A(1+VA)的 (EA，A,VA ：楊氏模量、密度、鋁的泊松比). 因此，生成縱向波的zz分量和生成扭轉(zhuǎn)波的分量單獨(dú)進(jìn)行傳播。cL cT、所以縱波領(lǐng)先于扭轉(zhuǎn)波傳播。為了進(jìn)行一階應(yīng)力分析，人們可能會忽視傳播中的波的動(dòng)態(tài)影響，以及波傳播過程中的阻尼效應(yīng)。用傳感器測量所生成的縱向應(yīng)力波，應(yīng)力狀態(tài)可近似表示為那么下面的應(yīng)力分量將通過鎳帶來測量： 其中標(biāo)L代表縱波。在用公式（8）計(jì)算結(jié)果的過程中,我們也用到了公式（5），和公式（6），這里(i，j)=(1，2)，(i,j)=(z，)，=-45。同樣，由于扭轉(zhuǎn)波產(chǎn)生的11 T應(yīng)力分量的大小可以由下式計(jì)算從上面的應(yīng)力分析，可以得出以下結(jié)論。 （1)通過我們所創(chuàng)建的傳感器裝置，我們知道扭轉(zhuǎn)波，縱波是同時(shí)產(chǎn)生的。然而，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力11 T遠(yuǎn)大于縱向應(yīng)力的11L。若忽略動(dòng)態(tài)和阻尼效應(yīng)，則二者之比可近似表示為在公式（10）, 下標(biāo)FOA是用來強(qiáng)調(diào)結(jié)果是通過一階分析預(yù)測的。 （2)由于他們的波速之間的區(qū)別，扭轉(zhuǎn)波將趕在小規(guī)模的縱波之前。因此，可以區(qū)分出扭轉(zhuǎn)波和縱波。 雖然應(yīng)力分析是基于一些假設(shè)，但目前的分析顯示了波的特性，這些波由創(chuàng)建的傳感器所測量。新創(chuàng)建的傳感器的照片如圖8所示。圖8（b）中所示的偏置線圈是用來提供靜態(tài)偏置磁場。偏置磁場對提高傳感器的輸出非常有用，稍后我們會說到。圖（8）. 創(chuàng)建的磁致伸縮換能器的照片。（a） 裝配狀態(tài)；(b)拆卸狀態(tài)。1. 與Kwun的傳感器的比較 在使用圖1所示Kwun的傳感器，在無限鎳帶中產(chǎn)生的應(yīng)變，可以表示為在這種情況下，HS/HD的比值決定了原理軸1和2的方向。除非HD調(diào)整為與HS一至，即，=45，否則扭轉(zhuǎn)主導(dǎo)波無法生成。如果HD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HS，例如，則由Kwun的傳感器生成的波將由縱波模式主導(dǎo)。由于HS場是由沿鎳帶圓周方向上摩擦永久磁鐵而產(chǎn)生的，所以很難量化HS的大小。此外，鎳消磁時(shí)間通常相對較短，所以永磁摩擦技術(shù)不能用于長期在線檢測，特別是埋在地下的管道在線檢測。B .實(shí)驗(yàn)裝置 圖9顯示了該實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖9中的傳感器所示是圖8中所創(chuàng)建的傳感器. 用環(huán)氧樹脂將鎳帶粘結(jié)在鋁管上（型號：3M DP460)， 管道試樣的尺寸和所創(chuàng)建的傳感器的位置如圖9所示. 圖10中給出了創(chuàng)建的傳感器的所選規(guī)格。 在今后的工作中，由其他規(guī)格所獲得的更好的傳感器性能將被徹底的研究。IV,實(shí)驗(yàn)研究 在本節(jié)中，我們將研究所創(chuàng)建的傳感器的性能與特點(diǎn)。在現(xiàn)有的磁致伸縮換能器應(yīng)用程序，將使用下面的正弦波： 其中t是時(shí)間，是中心頻率，m通常是1或2。當(dāng)m=1時(shí)，生成一個(gè)單一正弦脈沖。 正如Hong及Kim25所指出的，fsp(t)的能量不夠集中在中心頻率; 因此f sp(t)不能有效的進(jìn)行損傷定位的準(zhǔn)確估計(jì)。將生成脈沖的能量集中在某一中心頻率時(shí)，我們使用Gabor脈沖f Gp(t)： 參數(shù)及時(shí)控制脈沖的傳播。=0.000 083和=60KHZ 的Gabor脈沖的形狀如圖11(a)所示，功率放大器繪制出來的實(shí)際波形圖如圖11（b）.圖11 （b) 表明實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的Gabor型脈沖與理論脈沖幾乎是相同的。、 圖 10. 所創(chuàng)建傳感器的規(guī)格。（a） 偏置線圈；(b) 氣動(dòng)傳感線圈；和（c）鎳帶(厚度=0.15毫米)。A. Kwun傳感器波的測量和比較 在表征測量脈沖過程中，要用到下面的符號S-:脈沖波從初始狀態(tài)向左傳播S+:脈沖波從初始狀態(tài)向右傳播d在S-d或S+d：脈沖波S-或S+傳播的距離。符號s中的符號T和L代表的分別是扭轉(zhuǎn)模式和縱向模式。例如，S-2L1表示脈沖波最初向左傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)t=2L/CT時(shí)傳播了2L1的距離，如圖12（a）所示。t=2L/CT的時(shí)候，兩個(gè)脈沖波S-和S+將重合,所以信號的幅度變大。由產(chǎn)生頻率為=60KHz的Gabor脈沖的傳感器所得到的信號如圖13(a)所示。在圖13（a）中的一部分脈沖信號在圖13（b）中放大了。除非另有說明，否則就默認(rèn)使用以下數(shù)值數(shù)據(jù)：iB(DC偏向電磁的輸入）=0.5A =0.000 083 圖11 Gabor波形（a）理論信號；(b)來自功率放大器的實(shí)際信號。圖13（a）被測信號的短時(shí)傅立葉變換通過圖13（c）表示出來了。圖13（c）清楚地表明，每個(gè)脈沖的能量都集中在激振頻率=60KHz。在時(shí)間-頻率平面上的垂直線揭示了扭轉(zhuǎn)波的第一個(gè)分支的的非色散特征，大概在t=2L1/CT=0.31610-6S，t=2L/CT=1.25410-6S,等。正如III A部分所說，圖13（a）所示的信號包含了脈沖和相應(yīng)的縱向波模式。由圖13（a）中SL所表示的脈沖波 ，可能不容易被識別，因?yàn)樗麄兊囊?guī)模很小。由于縱波色散，他們傳播時(shí)會散開來。因此我們可以選擇和縱波水平一樣大小的最大峰值sL。這個(gè)峰值將記為L11。圖12，脈沖波到達(dá)（a）t=2L1/CT;（b）t=2L2/CT;(c)t=2L/CT，傳播過程的圖例。 圖13，所創(chuàng)建的傳感器的測量信號。（Gabor型脈沖波中心頻率：60KHZ）。（a）時(shí)間歷程；（b）S-2L+2L1和S+2L+S-2L的放大查看；（c）用短時(shí)傅立葉變換的(a)中的信號圖譜。在檢查傳感器性能的過程中，將扭轉(zhuǎn)波峰值的11T和L11作比較是比較重要的。為此，圖13(a)所示信號被放大了，而且利用縱波速度CL預(yù)測了縱向波的到達(dá)時(shí)間。(縱波脈沖在不同激勵(lì)頻率下可以看得更好：如之后的圖15所示)， 從圖13(a,中實(shí)驗(yàn)測量到的信號可以估計(jì)到比值|T11/L11|=3.6，這和|T11/L11|FOA=3.80相差不遠(yuǎn)。為了比較所創(chuàng)建的傳感器和Kwun傳感器之間的性能，如圖1（a）所示，用Kwun傳感器對相同的波進(jìn)行了測量實(shí)驗(yàn)，為了進(jìn)行定量比較，我們使用了相同的管道和驅(qū)動(dòng)傳感線圈。此外，Kwun的鎳帶的數(shù)量和之前傳感器所用的是一樣的。由于Kwun的鎳帶是以圓周形式粘結(jié)在外管表面，所以Kwun的傳感器帶寬WKwunN為注意：新創(chuàng)建的傳感器用了四塊鎳帶。如圖14所示，Kwun傳感器所測的脈沖總體特征與圖13（a）和圖13（c）所示相同。然而，由Kwun傳感器所測的脈沖大小遠(yuǎn)小于之前新創(chuàng)建的傳感器所測。例如，脈沖S-2L+S+2L的峰峰值（VP-P）,如下：創(chuàng)建的傳感器：VP-P=0.01718V;Kwun傳感器：VP-P=0.00421V.新創(chuàng)將的傳感器比Kwun傳感器有更大的峰峰值的一個(gè)原因可能是應(yīng)用靜態(tài)偏置磁場。在接下來的部分，我們將探討偏置磁場對新創(chuàng)建的傳感器的輸出有什么影響。B.靜態(tài)偏置磁場和激振頻率的影響 靜態(tài)偏置磁場影響了傳感器的性能。為了研究偏置磁場的影響，偏置線圈的輸入電流iB要變化。iB的九個(gè)值都被考慮在內(nèi)，在 t=2L/CT時(shí)S-+S+的峰峰值(Vp-p) 列于表一。在調(diào)整iB大小時(shí)，與應(yīng)變力產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H所相關(guān)的鎳的磁致伸縮效應(yīng)應(yīng)該被考慮在內(nèi)26。如表一所示，偏置磁場對傳感器的輸出有明顯的影響。由于ib值小，所以幅值單調(diào)的增加，在ib0.5A之后幾乎就不變了。 基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，iB0.5A適用于當(dāng)前的研究。圖14. Kwun傳感器的測量信號(=60千赫)。（a）時(shí)間歷程；(b)用短時(shí)傅立葉變換的圖譜從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可看出，創(chuàng)建的傳感器的好處顯而易見的。與Kwun的傳感器裝置不同，通過iB的變化，我們很容易控制偏置磁場。因此，傳感器性能能經(jīng)常被最大化。顯然，能使傳感器最大化輸出的偏置電流將因激勵(lì)頻率的不同而不同，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)就足以顯示適當(dāng)?shù)钠么艌龅闹匾?，并表明?chuàng)建的傳感器裝置的多功能性。圖15. 在不同激勵(lì)頻率下的測量信號。（a） =40KHZ；(b) 80KHZ；和（c）120KHZ。 現(xiàn)在我們將研究激勵(lì)頻率對所測量的信號的影響。=40KHZ、80KHZ、和120KHZ的被測信號如圖15所示。 所有實(shí)驗(yàn)的偏置電流都設(shè)置為0.5 A。圖16顯示了扭轉(zhuǎn)波脈沖的幅值的變化。它也顯示了扭轉(zhuǎn)波脈沖與縱波脈沖之間的幅值比率。 最大扭波脈沖的幅值是95KHZ左右，但在60KHZ左右，扭轉(zhuǎn)波脈沖的幅值相對縱波脈沖的幅值的比值達(dá)到其最大。因此，根據(jù)現(xiàn)場情況，必須權(quán)衡這兩個(gè)因素來選擇激勵(lì)頻率。 然而，這個(gè)實(shí)驗(yàn)顯示了激勵(lì)頻率在最大化傳感器性能過程中的重要性。圖16. 激勵(lì)頻率對傳感器輸出的影響。（a）扭轉(zhuǎn)脈沖的峰峰值(Vp-p)；（b）扭轉(zhuǎn)波脈沖和縱波脈沖峰峰值的比率。為了檢查創(chuàng)建的傳感器在更大尺寸的管道中的適用性，我們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。管道尺寸為（d0=50mm，t=1mm，=25KHZ）和（d0=50mm，t=3mm，=25KHZ）所得到的時(shí)間信號繪在圖17。如圖17所示，該傳感器可以應(yīng)用于更大、更厚的管道。然而，為了將傳感器應(yīng)用于涉及厚壁管的工業(yè)問題（比如說，t=10mm），我們應(yīng)進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。圖17. 實(shí)測信號管(d0=50mm，t=1mm)和(d0=50mm，t=3mm)。中心頻率選擇，以產(chǎn)量高T/L比率和產(chǎn)出。圖18. 該實(shí)驗(yàn)裝置對于損傷檢測的應(yīng)用。（a）一個(gè)破碎的鋁管；(b)裂紋尺寸。C.損傷檢測的應(yīng)用 作為創(chuàng)建傳感器的一個(gè)應(yīng)用，損傷檢測在管道被考慮損傷檢測的實(shí)驗(yàn)裝置如圖18（a）所示 和人工裂紋的尺寸如圖18（b）所示。測試管和傳感器的規(guī)格和這些早期試驗(yàn)中使用過的規(guī)格相同。 圖19顯示了由所創(chuàng)建的傳感器測量出的信號，其中包括由裂紋中反射出的獨(dú)特脈沖。使用扭波速度cT=3188米/秒，我們可以估計(jì)出傳感器到裂紋的距離LC。結(jié)果摘要載于表ll；從所創(chuàng)建的傳感器測量到的信號中，我們可以準(zhǔn)確地確定損傷位置。許多其他的開裂情況也應(yīng)該進(jìn)行調(diào)查，但我們今后將研究這一問題。不過，目前的損傷探測問題足以證明了該傳感器的有效性。(見圖19)圖 19. 裂紋鋁管的實(shí)測信號。使用=60千赫Gabor脈沖。表二. 提出的傳感器對裂紋位置的估計(jì)(Lc)。V.結(jié)論 一個(gè)新的磁致伸縮換能器產(chǎn)生了圓柱波導(dǎo)，我們研究了圓柱波導(dǎo)中扭轉(zhuǎn)波的生成和測量。所創(chuàng)建的傳感器包括一個(gè)電磁線圈，和以45角的對齊方式黏結(jié)在測試樣上的數(shù)條鎳帶。為鎳帶提供靜態(tài)偏置磁場的偏置電磁線圈可以用來提高傳感器的輸出。與當(dāng)前可用的傳感器相比，創(chuàng)建的傳感器避免了繁瑣的鎳帶預(yù)磁化過程，并且產(chǎn)生更大的扭轉(zhuǎn)信號。為了估計(jì)生成的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波和生成縱向波的相對大小，我們進(jìn)行了一階應(yīng)力分析。由創(chuàng)建的傳感器所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明：中心激勵(lì)脈沖的頻率和輸入到偏置線圈的應(yīng)用直流的大小對傳感器性能有顯著影響。最后，所創(chuàng)建的傳感器已成功應(yīng)用到長圓柱管中進(jìn)行損傷檢測。 1 M. 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