Desenvolvimento e caracterização de transdutor acústico eletromagnético de imãs permanentes periódicos

Abstract

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa.

This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.