1842年，英国物理学家J.P.焦耳（詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，James Prescott Joule，1818-12-24～1889-10-11）发现了铁磁性材料的磁致伸缩效应。1895年，荷兰物理学家、数学家H.A.洛伦兹（亨德里克·安东·洛伦兹，Hendrik Antoon Lorentz，1853-07-18～1928-02-04）发现了运动电荷在磁场中受作用力的现象，为电磁超声换能器的制作和使用提供了理论依据。1937年，美国学者R.H.兰德尔（R.H.Randall）进行了洛伦兹力产生弹性波的实验。20世纪60年代开发出实用的无损检测电磁超声换能器。1973年，建立了电磁超声Lamb模型，并应用于金属试件的检测中。1974年，进行了磁化力和磁致伸缩力的研究。1980年，发展出蛇形线圈激发瑞利（Rayleigh）表面波的理论模型并得到了解析解。中国自70年代开始电磁超声检测技术的研究，到70年代末期已经成功用于金属棒、管道和板材检测。电磁超声检测技术已成为一种重要的非接触式的无损检测技术。 

电磁超声换能器基于两种换能机理，利用洛伦兹力和磁致伸缩力。

EMAT的基本结构主要由高频线圈、磁铁、试件表面部分组成。试件表面是换能器的组成部分，是EMAT的重要特点。

洛伦兹力机理。磁铁产生外加静磁场B，线圈中通以高频电流，在金属试件表面感应出涡流J。涡流在外磁场中受到洛伦兹力F，F等于J与B的叉积，当J与B垂直时F最大，平行时F为零。试件中洛伦兹力的作用区域就成为产生高频超声波的波源。

磁致伸缩力机理。磁铁产生外加静磁场，高频线圈中的高频电流产生一个动态磁场。在动态磁场和静磁场的复合作用下，铁磁材料试件因磁致伸缩效应而受到磁致伸缩力。试件中磁致伸缩力的作用区域就成为产生高频超声波的波源。选择合适的静磁场强度，可使磁致伸缩力最大化。

上述物理原理都是可逆的，在接收超声波时的工作过程是激励电磁超声波过程的逆过程。显然，洛伦兹力机理只适用于导电材料，磁致伸缩机理只适用于磁致伸缩材料。在铁磁性材料中两种换能机理同时存在，一般在静磁场较弱时，磁致伸缩的作用较明显，静磁场较强时，则洛伦兹力较强。对于电磁超声换能器，哪种工作机理起主要作用取决于EMAT的实际结构。 

高频线圈和磁铁的形状、结构以及它们相对于试件的取向，决定了电磁超声波类型和传播方向。图中显示了两种电磁超声换能器直探头的结构，分别激发超声纵波和超声横波。

电磁超声换能器激发超声波示意图

电磁超声检测技术具有非接触、不需要耦合剂等优点，对工件表面状态要求宽容度大，可适于高温检测等。EMAT几乎可以激发和接收各种类型的超声波，包括兰姆波、表面波、横波和纵波等。通过设计激励电流的形式、方向、分布及静磁场的方向，可以得到在任意方向上传播的任意类型的声波，还可激发和接收偏振方向平行于被检测表面的横波（SH横波），这是压电超声技术很难实现的。

EMAT的局限性是换能效率较低，空间分辨力较低，换能器体积大，在缺陷检测能力方面不如压电超声技术。然而，在压电超声技术应用受限的场合，EMAT得到了很好的应用。如高温热轧钢板的在线检测、输气管道导波检测等。 

按照工作原理分，有洛伦兹力EMAT、磁致伸缩力EMAT等；按照所激发的超声波的类型和传播方向分，有垂直横波换能器、垂直纵波换能器、斜角横波换能器、SH横波换能器、表面波换能器等；按照工作特色分，有线/点聚焦型EMAT、高温测量EMAT等。 

高频线圈。根据需要设计成一定的形状，如方形、圆形、蝶形、蛇形等。激励线圈要耐受高强度电流，接收线圈要求接收灵敏度高。激励和接收线圈常分开绕制，但也可以为同一线圈。高频线圈早期使用漆包线绕制，现在也采用印刷电路工艺制造回折线圈。发射和接收回折线圈可印刷在同一基片的两侧。

磁铁。在工件表面提供规定方向的偏磁场，可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。