電磁聲換能器基本結(jié)構(gòu)如圖所示。
將通有交變電流的激磁線圈至于導(dǎo)電金屬之上,線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)作用于導(dǎo)電金屬并感應(yīng)出渦電流,該渦流位于另一外加恒磁場(chǎng)(如永久磁鐵或直流電磁鐵)中時(shí),帶電質(zhì)點(diǎn)在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)受到垂直于磁場(chǎng)方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的力-洛倫茲力作用而發(fā)生位移,從而激發(fā)出超聲波,視作用力的分力方向(水平分量與垂直分量)可以同時(shí)激發(fā)出縱波與橫波,其頻率與通入交變電流的頻率相同。
在圖中,Bz為方向平行與板面的磁感應(yīng)強(qiáng)度,Br為方向垂直與板面的磁感應(yīng)強(qiáng)度;g為渦流的電流密度,它與輸入電流方向相反。根據(jù)右手定則可確定洛倫茲力F的方向在(a)中垂直于Bz與g的平面(垂直于板面)--激發(fā)縱波,在(b)中垂直于Br與g的平面(平行于板面)--激發(fā)橫波。
根據(jù)電磁感應(yīng)原理,在感應(yīng)磁場(chǎng)B中作用于以速度V移動(dòng)的電荷e上的力F(即洛倫茲力)有:F~eVB。當(dāng)把通有交變電流i的線圈置于導(dǎo)電體上時(shí),導(dǎo)電體中的微小體積元dV中感應(yīng)出以e和V確定的電流密度為g的渦電流。因此:F~gB,矢量g、B和F相互垂直且g與i反向(注意,由于交變電流存在趨膚效應(yīng),故dV應(yīng)是靠近導(dǎo)電體的表面)。
在接收超聲波(如反射回波)時(shí),響應(yīng)于聲壓作用力使體積元dV在恒磁場(chǎng)B中振動(dòng),因此受力F’~eV’B,V’為振動(dòng)速度。此力使帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流密度為g的交變電流即渦流。該渦流使配置在導(dǎo)電體上的檢測(cè)線圈中感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)(感應(yīng)的交變電流)作為接收信號(hào),其頻率與接收到的超聲波有相同的頻率,其大小則隨磁場(chǎng)的增大而增加。