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第 38 卷 第 3 期 阳能军等： 电磁超声横波换能器中线圈的优化设计 431

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根据正交试验表 L 18 (3 ) 可设计出五因素三水 k i (其中 i = 1, 2, 3 分别表示各因素取三种不同的水
平的正交试验，共需进行 18 组试验，各组试验参数 平值)，可得到各因素水平对电磁超声横波相应特性
如表2所示。 指标的影响。而后可计算出各指标的极差 R，根据
极差的大小可判断出各因素对电磁超声横波相应
表 1 线圈参数水平
特性指标影响的大小。表4 为正交试验的近场长度
Table 1 Parameters level of coil
结果分析表。
h 3 /mm w 3 /mm d 1 /mm f 0 /MHz n/个
表 3 正交试验结果
1 0.035 0.25 0.2 1 1
Table 3 Orthogonal test result
2 0.07 0.5 0.4 2 2
3 0.105 0.75 0.6 3 3 试验号 近场长度/mm 半扩散角/( )
◦
1 8.2 19.1
表 2 线圈参数正交试验 2 11.2 19.4
Table 2 Orthogonal test of coil parameters 3 48.6 17.0
4 5.6 10.2
h 3 /mm w 3 /mm d 1 /mm f 0 /MHz n/个 5 39.0 10.1
1 0.035 0.25 0.2 1 1 6 24.5 35.5
2 0.035 0.5 0.4 2 2 7 9.3 22.8
3 0.035 0.75 0.6 3 3 8 39.6 22.9
4 0.07 0.25 0.2 2 2 9 17.9 11.0
10 15.6 8.6
5 0.07 0.5 0.4 3 3
11 10.2 24.6
6 0.07 0.75 0.6 1 1
12 41.9 24.4
7 0.105 0.25 0.4 1 3
13 35.0 6.1
8 0.105 0.5 0.6 2 1
14 6.8 29.0
9 0.105 0.75 0.2 3 2
15 27.8 20.6
10 0.035 0.25 0.6 3 2
16 24.3 17.5
11 0.035 0.5 0.2 1 3 17 38.3 7.3
12 0.035 0.75 0.4 2 1 18 7.2 30.9
13 0.07 0.25 0.4 3 1
14 0.07 0.5 0.6 1 2 表 4 正交试验的近场长度结果
15 0.07 0.75 0.2 2 3 Table 4 Orthogonal test results of near
16 0.105 0.25 0.6 2 3 field length
17 0.105 0.5 0.2 3 1
h 3 /mm w 3 /mm d 1 /mm) f 0 /MHz n/个
18 0.105 0.75 0.4 1 2
k 1 22.6 16.3 18.0 11.0 31.3
2.2 优化结果分析 k 2 23.1 24.2 23.9 25.1 10.7
22.8 28.0 26.6 32.4 26.5
k 3
将表 2 中线圈参数的 18 种组合分别代入 1.1 节
R 0.50 11.7 8.6 21.4 20.6
建立的 EMAT 模型之中，计算得到 18 种情况下模
影响程度 f 0 > n > w 3 > d 1 > h 3
型中不锈钢板内质点的位移数据，再将质点的位移
数据按照 1.2 节中所述的方法进行处理，计算出 18 为了更直观地表示出各因素对横波近场长度
个不同 EMAT 模型中横波的近场长度及半扩散角， 的影响，根据表 4中的数据，分别以每种因素的水平
结果如表3所示。 为横坐标，以对应的近场长度平均值为纵坐标，绘
由正交试验的方法可知，通过计算每种因素 制出各因素对横波近场长度影响的趋势图，如图 6
在相同水平下近场长度和半扩散角的算术平均值 所示。