基于电磁超声金属板测厚系统声波发射技术研究

发布时间：2017-05-16 11:27

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【摘要】：电磁超声是近年来在国内兴起的利用超声波特性进行无损检测的新技术。与传统的压电超声无损检测技术相比,其在检测过程中不需与工件接触、无需使用耦合剂,更能适应非接触检测、高速在线检测、高温检测等特殊检测要求。但其换能效率较低,回波信号微弱,给检测过程和信号的后续处理带来了困难。如何提高声波发射阶段的效率,使发射的声波强度大、回波衰减速度慢,对利用声波进行检测和回波的后续处理都是前提条件。因此,对电磁超声声波发射技术的研究具有实际的研究意义。本文从基本原理出发,对电磁超声的工作原理进行的阐述,对电磁超声的数学模型进行了推倒,为后续的研究提供理论支持。对应用电磁超声进行测厚的技术原理进行了说明,对换能器的结构进行了详细的说明并进行了设计优化。设计了一种体积小、可用电池供电的高频、高压专用于电磁超声测厚的激励电路。该电路采用STM32芯片和DDS芯片实现对脉冲频率的精确可调,并搭建数字门电路对脉冲串个数进行选择,整体结构简单,成本低。通过实验,对激励频率、激励电压幅值、脉冲串个数、阻抗匹配、线圈参数、提离距离等影响声波发射的主要因素进行研究,得出这些参数与声波幅值的关系曲线。对影响回波数量的主要因素进行了探究,并进行了实验验证。对应用多次回波差累积法进行测厚的方法进行了说明,通过数据分析对比其与单次回波差测厚方法的优势。在铝板上进行实验研究,结果表明:设计的脉冲激励发射电路频率精确可调,输出电压范围0至200V,能满足电磁超声测厚系统需求;激励频率、激励电压幅值、脉冲串个数、线圈参数及形状、阻抗匹配、提离值等参数对电磁超声的声波发射都有较大影响,可以通过实验寻找到最适合检测的参数;直线形激励线圈比螺旋形激励线圈有更好的多次回波表现,其可用于测厚的回波次数数量达30甚至更高;利用多次回波测厚能提高检测精度,有效降低因为采样频率不足造成的误差,在25MHz的采样频率下,应用十次回波测厚的精度与应用单次回波测厚进行10组测量取平均值的精度相近。
【关键词】：电磁超声 厚度检测 声波发射 多次回波
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内电磁超声测厚相关研究现状11-12
• 1.3 论文的主要内容及章节安排12-14
• 1.3.1 课题研究的主要内容12
• 1.3.2 论文的章节安排12-14
• 第2章 电磁超声检测技术的基本理论14-31
• 2.1 基于洛伦兹力机理的电磁超声换能器理论研究14-22
• 2.1.1 电磁超声换能器中的磁场分析15-19
• 2.1.2 基于洛伦兹力机理电磁超声换能器受力分析19-21
• 2.1.3 换能器中的超声波场21-22
• 2.2 基于磁致伸缩机理的电磁超声换能器理论研究22-29
• 2.2.1 铁磁性材料的磁化特性22-24
• 2.2.2 铁磁性材料的磁致伸缩特性及受力分析24-26
• 2.2.3 磁致伸缩力和其电流密度的计算26-29
• 2.3 电磁超声换能器系统的边界条件29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 电磁超声换能器结构及其测厚原理31-40
• 3.1 电磁超声换能器结构31-33
• 3.1.1 偏置磁场32
• 3.1.2 激励线圈32-33
• 3.2 电磁超声测厚基本原理33-38
• 3.2.1 电磁超声横波和纵波机理34-36
• 3.2.2 电磁超声厚度检测原理36-38
• 3.3 电磁超声测厚换能器的设计38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 电磁超声脉冲发射电路设计40-47
• 4.1 升压电路41-42
• 4.2 信号发生控制电路42-44
• 4.3 功率放大电路44-45
• 4.4 阻抗匹配电路45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 发射声波强度影响因素实验探究47-57
• 5.1 激励信号对声波的发射的影响48-51
• 5.2 阻抗匹配的影响51-52
• 5.3 线圈形状对激励波形的影响52-53
• 5.4 螺旋形线圈参数的影响53-54
• 5.5 提离对回波幅值的影响54-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第6章 多次回波测厚方法研究57-68
• 6.1 累积法57-58
• 6.2 影响回波次数的影响因素58-62
• 6.3 多次回波测厚数据分析62-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 结论68-69
• 参考文献69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨理践;陈俊哲;邢燕好;;基于电磁超声纵波的铝板厚度检测[J];仪表技术与传感器;2015年11期

2 周海强;杨占锋;李勇;陈振茂;;静态偏置磁场对铁磁材料电磁超声换能器信噪比的影响[J];无损检测;2014年10期

3 黄凤英;郭r

本文编号：370740