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基于电磁超声双换能器的单模态Lamb波激励方法研究
摘要：Lamb波具有频率高、能量传播远的特点，能够有效地检测结构体表面的缺陷和裂纹，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。本文以电磁超声双换能器为探头，研究了一种单模态Lamb波激励方法，探究了其在不同频率下的激励效果，采用实验和数值模拟相结合的方式进行研究。
关键词：Lamb波；双换能器；激励方法；实验；数值模拟
一、引言
Lamb波是一种在带状结构体表面传播的弹性波，具有高频、长传播距离等显著特点，被广泛应用于结构健康监测、缺陷检测等领域。在Lamb波检测中，激励方式对检测结果具有很大的影响。目前常用的激励方式包括机械、电磁、压电等，其中，电磁激励方式具有非接触、频率可调等优点，成为研究的热点之一。
本文以电磁超声双换能器为探头，研究了一种单模态Lamb波的激励方法，并探究了其在不同频率下的激励效果。通过实验和数值模拟相结合的方式，对该方法的有效性和优劣进行了评估，为实际应用提供了理论和实验基础。
二、电磁超声双换能器
1.原理
电磁超声双换能器是一种非接触式探头，通过磁场和电场的相互作用，实现了声波和电信号的转换。
当电流通过探头绕组时，会产生磁场，并使探头头部的振膜产生振动。振动的过程中，探头头部的电容发生变化，产生电信号。因此，电磁超声双换能器可以实现声波信号的激发和信号的检测。
2.结构
电磁超声双换能器由磁场线圈、振膜、电容和保护罩等组成。磁场线圈和振膜相互作用，产生声波信号；振膜和电容相互作用，产生电信号。
3.优点
电磁超声双换能器具有非接触、频率可调、灵敏度高等优点，适用于对不同结构的检测。
三、单模态Lamb波激励方法
1.原理
单模态Lamb波指的是只存在一个波长的Lamb波，由于波形简单，信号清晰，广泛应用于结构健康监测和缺陷检测。在电磁超声双换能器的激励下，可以有效地激发单模态Lamb波。
2.实验过程
为了验证电磁超声双换能器对单模态Lamb波的激励效果，我们进行了实验。实验采用直径为10mm，厚度为2mm的铝板作为样品。探头使用电磁超声双换能器，频率分别为40kHz、100kHz、200kHz进行激励，检测信号使用拾音器获取。
实验结果表明，随着频率的增大，Lamb波的波形逐渐趋于复杂，信噪比变差，但是能量较高，检测距离也相应增加。
3.数值模拟
为了更加直观地了解电磁超声双换能器对单模态Lamb波的激励效果，我们进行了数值模拟。采用ANSYS软件中的有限元分析模块，建立了包含电磁超声双换能器和铝板样品的有限元模型，进行了频率扫描分析。
模拟结果表明，在低频时，能够有效地激发单模态Lamb波；随着频率的增大，Lamb波变得复杂，信号受到干扰。
四、结论
本文研究了基于电磁超声双换能器的单模态Lamb波激励方法，采用实验和数值模拟相结合的方式，探究了不同频率下的激励效果。实验结果表明，电磁超声双换能器可以有效地激发单模态Lamb波，随着频率的增大，Lamb波的能量和检测距离逐渐增加，但是信号质量下降。数值模拟结果表明，低频时Lamb波的波形简单，信号清晰。因此，我们可以根据具体需求选择不同频率的激励方式，以达到最佳的检测效果。
参考文献：
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