电磁超声系统的设计与研究

发布时间：2017-05-17 11:01

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【摘要】：电磁超声无损检测技术是一种基于电磁感应原理的探伤技术,电磁超声换能器不需要耦合介质,可以实现在高温、高速等条件下的检测工作,在无损检测领域备受重视。作为电磁超声检测系统的核心器件,它能产生的超声信号非常微弱,需要大功率电路来驱动。本文以电磁超声换能理论为基础,设计了电磁超声检测系统,并对脉冲功率放大电路和电磁超声换能器进行了优化设计。文中首先介绍了电磁超声无损探伤技术的发展和应用,分析了本课题的研究背景与意义,探讨了现阶段电磁超声系统功率放大电路一些不足与急需解决的问题。对基于洛伦兹力机理和磁致伸缩机理的电磁超声换能器超声波的发射和接收过程进行了分析。利用Comsol Multiphysi有限元分析软件,对发射超声横波的电磁超声换能器进行了建模仿真,建立了马蹄形线圈、柱形磁体和铝板材料结合的仿真分析模型,结合洛伦兹力研究机理对仿真结果进行了分析论证。设计了发射系统的恒压电容充放电电源、数控模块和功率放大电路三大部分,并就电路调试遇到的问题提出解决方案。依据电磁超声系统信号测试的相关需求,设计了接收系统的前置放大电路、数据采集电路和USB通信接口设计三部分,实现了微弱电磁超声信号提取的目的。结合电磁超声换能器仿真结果设计了发射电磁超声横波的电磁超声换能器探头,完成整个实验系统(包括电磁超声发射和接收系统)的设计并对检测系统进行了测试。
【关键词】：电磁超声换能器 有限元仿真 数据采集 前置放大 功率放大电路
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB552
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 电磁超声系统的国内外研究现状11-15
• 1.2.1 电磁超声换能器研究现状12-13
• 1.2.2 电磁超声发射电路研究现状13-15
• 1.3 本文的主要贡献与创新15
• 1.4 本论文的结构安排15-17
• 第二章 电磁超声换能机理研究17-22
• 2.1 洛伦兹力下EMAT换能机理17-19
• 2.1.1 洛伦兹力下EMAT超声波激发机理17-19
• 2.1.2 洛伦兹力下EMAT超声波接收机理19
• 2.2 磁致伸缩力下EMAT换能机理19-21
• 2.2.1 磁致伸缩下的EMAT超声波激发原理19-20
• 2.2.2 磁致伸缩力下EMAT超声波的接收20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 电磁超声换能器的设计与仿真22-34
• 3.1 电磁超声换能器分类22-25
• 3.1.1 表面波EMAT22-23
• 3.1.2 板波EMAT23-24
• 3.1.3 体波EMAT24-25
• 3.2 激发横波的电磁超声换能器的设计与仿真25-32
• 3.2.1 磁体及线圈的选择25-26
• 3.2.2 基于洛伦兹力的电磁超声发射探头的仿真26-32
• 3.3 本章小结32-34
• 第四章 电磁超声发射系统的设计34-46
• 4.1 电磁超声发射电路的系统方案34
• 4.2 数控模块34-35
• 4.3 功率放大模块35-44
• 4.3.1 直流供电电路35-36
• 4.3.2 大功率脉冲发生器36-43
• 4.3.3 隔离与电平转换43-44
• 4.4 阻抗匹配44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 电磁超声接收系统的设计46-55
• 5.1 电磁超声接收系统方案46
• 5.2 前置放大电路46-48
• 5.3 数据采集电路48-50
• 5.4 USB通信接口设计50-53
• 5.4.1 USB通信接口电路设计50-51
• 5.4.2 USB驱动程序设计51-53
• 5.5 FPGA程序设计53-54
• 5.6 本章小结54-55
• 第六章 电磁超声系统的测试55-60
• 6.1 电磁超声横波探头的设计55-56
• 6.2 发射电路与接收电路的测试56-57
• 6.3 电磁超声系统的测试57-58
• 6.4 本章小结58-60
• 第七章 总结与展望60-62
• 7.1 总结60
• 7.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李鹏;黄松岭;王s，

本文编号：373194