带液芯铸坯凝固厚度电磁超声检测方法研究

发布时间：2017-08-10 01:10

  本文关键词：带液芯铸坯凝固厚度电磁超声检测方法研究

  更多相关文章： 连铸 厚度测量 无损检测 EMAT 参数估计

【摘要】：作为新兴的无损检测技术,电磁超声凭借其无接触、无需耦合剂以及易于产生各种类型的超声波的特点,在各个领域有巨大的应用潜力,得到了无损检测工作者们广泛的关注。也因为电磁超声换能器可以适应高温高速环境的优点,使其特别适用于连铸坯凝固坯壳厚度检测。本文以带液芯铸坯为研究对象,从EMAT(Electro Magnetic Acoustic Transducer)探头设计出发,并根据连铸坯的结构特点,通过理论建模、有限元仿真以及电磁超声检测实验,研究了带液芯铸坯电磁超声传输特征及凝固坯壳厚度传感机理。研究结果可为凝固坯壳厚度在线无损检测系统的开发及相关工业应用奠定理论基础。本文首先研究了基于洛伦兹力机理的电磁超声换能器,采用有利于激发纵波的横向磁铁和跑道线圈组合,对其工作机理和相关参数进行二维建模和有限元仿真分析,从点、线、面的角度考察了EMAT中磁场、涡流场、洛伦兹力场和质点位移场各方向分量的分布特性,并比较了不同参数对换能器性能的影响,给出了设计该类EMAT探头的结构参数的优化值,用于指导后续激励探头的设计。根据带液芯铸坯的特点,将其抽象为固-液-固模型。通过将激励探头和接收探头视为点源,将超声波传播视为射线的折射和反射,并考虑铸坯的实际工况,经过理论计算和有限元仿真得到激励探头安装位置、超声波入射角度以及接收探头安装范围的关系,并提取了超声波在不同厚度的固-液-固模型的回波信号特征。在EMAT超声回波信号处理方面,本文通过采用基于包络的参数估计算法实现了对反映凝固坯壳厚度的时延参数的估计,并通过仿真和实验,分析了不同厚度的估计精度和计算时间。在仿真中,采用高斯回波模型、小波去噪、希尔伯特包络提取、最小二乘估计以及高斯牛顿迭代实现了对时延参数的高精度估计,并比较了是否采用去噪,是否提取包络两种情况对估计结果的影响,验证了本文信号处理算法的可行性。为验证理论推导和仿真模型的正确性,并针对电磁超声检测对激励信号的较高要求,文中设计了基于STM32的频率可控、周波数可控以及脉冲占空比可控的激励电源用于完成凝固坯壳厚度的模拟实验测量,测量结果具有较高精度,验证了理论模型的有效性以及检测方法的可行性。
【关键词】：连铸 厚度测量 无损检测 EMAT 参数估计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG247
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题来源及研究目的8
• 1.2 连铸坯凝固坯壳厚度检测国内外现状8-11
• 1.3 电磁超声检测国内外现状11-13
• 1.4 论文的主要研究内容13-14
• 2 电磁超声换能器(EMAT)14-36
• 2.1 电磁超声换能器的优缺点14-15
• 2.1.1 电磁超声换能器的优点14
• 2.1.2 电磁超声换能器的缺点14-15
• 2.2 电磁超声换能理论基础15-21
• 2.2.1 EMAT激发机理15-20
• 2.2.2 EMAT接收机理20-21
• 2.3 电磁超声换能器二维模型分析21-34
• 2.3.1 EMAT二维模型建模21-24
• 2.3.2 二维模型有限元仿真24-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 带液芯铸坯超声传输建模分析36-52
• 3.1 带液芯铸坯电磁超声检测技术36-47
• 3.1.1 带液芯铸坯超声传输谱线建模36-43
• 3.1.2 带液芯铸坯超声传输谱线数值仿真分析43-47
• 3.2 带液芯铸坯模型的有限元仿真分析47-51
• 3.2.1 振痕模型47-50
• 3.2.2 液芯模型50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 4 凝固坯壳厚度检测算法与仿真52-64
• 4.1 回波信号的高斯模型52-53
• 4.2 包络提取与去噪算法53-59
• 4.2.1 希尔伯特变换53-56
• 4.2.2 小波去噪56-59
• 4.3 参数估计算法59-61
• 4.3.1 最小二乘估计原理59-60
• 4.3.2 回波信号的时延参数估计60-61
• 4.4 仿真分析61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 5 实验验证64-78
• 5.1 激励电源设计64-70
• 5.1.1 激励电路64-67
• 5.1.2 阻抗匹配67-70
• 5.2 振痕模型验证实验70-71
• 5.3 凝固坯壳厚度测量模拟实验71-75
• 5.4 本章小结75-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-88
• 附录88
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录88
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 唐秉慧;沸腾钢液芯锭加热与轧制研究[J];包钢科技;1990年03期

2 高仲龙;液芯钢锭热状态计算的数值分析[J];北京钢铁学院学报;1982年03期

3 姚明宝,唐伟林;钢锭液芯轧制研究[J];钢铁钒钛;1983年01期

4 姚明宝;金礼根;高仲龙;唐伟林;;液芯钢锭轧制研究[J];钢铁;1983年02期

5 张剑;刘安民;肖世华;;液芯钢锭加热轧制试验研究[J];武钢技术;1985年03期

6 谭新才;;液芯率对金属形变的影响[J];金属科学与工艺;1987年02期

7 王卫，何去奢，王滔，冯明昭，，廖明敏，冉国侠;液芯光纤光谱特性的研究[J];光谱学与光谱分析;1994年03期

8 刘安民;郝开美;陶志连;陈锦泉;;沸腾钢液芯锭的加热与轧制[J];轧钢;1993年06期

9 陈其安,李振亮,王连仲,王建伟;带液芯轻压下变形特征的视塑性研究[J];钢铁;2001年09期

10 李春福,胡林,张玉华;连铸坯液芯轧制的模拟实验与计算[J];鞍山科技大学学报;2004年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 崔立新;张家泉;;带液芯轻压下板坯变形特点的研究[A];2005中国钢铁年会论文集（第3卷）[C];2005年

2 钟云涛;;液芯大压下量技术在板坯连铸中的应用与研究[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集（下）[C];2009年

3 黄军;王豫东;李亚东;;二冷水流密度分布对板坯液芯形状影响的研究[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集（上）[C];2009年

4 毕雅凤;刘胜男;高玮;;液芯光纤可调增益光谱布里渊滤波放大[A];豫赣黑苏鲁五省光学（激光）学会联合学术2012年会论文摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 赵丽云;唐钢股份采用动态液芯压下成功产出厚70mm、90mm铸坯[N];世界金属导报;2007年

2 ;Q-PULSE:检测连铸坯凝固末端液芯长度的创新方法[N];世界金属导报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王迎春;薄板坯连铸液芯压下工艺数值模拟研究[D];上海交通大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈希梦;带液芯铸坯凝固厚度电磁超声检测方法研究[D];重庆大学;2016年

2 程晓宏;液芯波导光度分析及其在食品安全中的应用[D];陕西师范大学;2007年

3 雷楠;基于液芯位置预测的连铸动态轻压下控制的研究[D];东北大学;2010年

4 张志辰;液芯胶囊制备特性研究及在牛奶连续接种中的应用[D];南京农业大学;2010年

5 孙震;液芯光纤的研究[D];沈阳工业大学;2014年

6 王焘;基于咪唑类离子液体低损耗液芯光纤的设计及传输特性的研究[D];兰州大学;2014年

7 陈玉明;新型液芯光纤性能与实验研究[D];南京航空航天大学;2004年

8 于长波;液芯光纤照明系统的研究[D];沈阳工业大学;2015年

9 赵琰;液芯波导阵列芯片免疫分析研究及应用[D];陕西师范大学;2008年

10 包永华;乳酸菌液芯包囊固定化技术及其模拟酸奶连续发酵的研究[D];南京农业大学;2006年

本文编号：648158