基于FPGA信号处理的电磁超声轨道无损检测

发布时间：2020-05-27 09:12

【摘要】：随着铁路里程和运力的不断增长,我国轨道交通安全监测压力日趋增加,对钢轨无损探伤的需求也迅速增加,目前钢轨无损探伤的主流技术是传统的压电超声技术,其探伤速度已经发展到接近极限。近年来由于电磁超声技术(Electromagnetic Acoustic Technology,EMAT)的发展,该技术相对压电超声探伤速度快的优势日益突出。但EMAT有电磁超声传感器换能效率低,信号微弱的缺点,此外,EMAT的高速无损探伤优势需要高速信号处理的支持,这些问题在一定程度上限制了EMAT在钢轨无损检测上的应用。本论文从电磁超声传感器和电磁超声信号处理两个方面出发,对电磁超声钢轨无损探伤系统的进行了综合研究和试验验证,完成了满足应用性能要求的电磁超声传感器及其信号处理算法。具体研究内容与成果如下:本文利用GUIGUW对Lamb电磁超声传感器的频散特性进行了理论计算,并利用COMSOL多物理场有限元分析软件对当前研究相对较少的Lamb波和SV斜入射电磁超声传感器进行了模型建立和仿真分析,根据仿真结果对这两类传感器结构进行了研究和优化,设计完成了Lamb波和SV斜入射电磁超声传感器。本文设计并通过FPGA实现了小波降噪算法,解决了电磁超声信号小,信噪比低的问题。通过对电磁超声信号的降噪处理过程的算法仿真,证明了与一般的信号降噪处理算法相比,本文设计的小波阈值降噪算法,信噪比最高提高了16.2 d B。同一般小波算法相比,本文采用的FPGA抽取和插值滤波器实现方法结构简单,运算量显著减小,能够满足信号处理实时性的要求。本文搭建了的专用试验平台,实际验证了设计完成的电磁超声传感器和小波降噪信号处理算法。实验结果表明,本论文设计的传感器和算法都能很好完成满足钢轨无损探伤的性能要求。
【图文】：

图 1-1 电磁超声轨道检测[16 ]乌克兰的 Sebko，Suchkov 等人进行了电磁超声剪切该实验并未检测具体的钢轨缺陷，只得出对于检测钢1.5 MHz电磁超声频率的探头[17]。英国华威大学的 Dixon，Edwards，X. Jian 等人对钢

图 2-5 静磁场钢轨仿真整体模型面 Lamb 电磁超声传感器设计与仿真面部分，结构较为平缓与简单，因此其可以选择，，分析超声横波在板中的传播和超声横波与缺
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115.285

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 樊磊;齐国清;;基于快速傅里叶变换的正弦信号频率高精度估计算法[J];计算机应用;2015年11期

2 张玉华;许贵阳;李培;石永生;黄筱妍;;钢轨探伤车自主化超声检测系统的关键技术[J];中国铁道科学;2015年05期

3 张恒;汪开灿;王淑娟;;基于电磁超声的钢轨探伤装置[J];无损检测;2014年07期

4 徐立升;徐根倩;马正欣;;多通道高速ADC硬件设计[J];今日电子;2014年04期

5 王雪梅;倪文波;王平;;高速铁路轨道无损探伤技术的研究现状和发展趋势[J];无损检测;2013年02期

6 周海强;李勇;陈振茂;;铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟[J];无损检测;2012年11期

7 杨理践;李春华;高文凭;高松巍;;铝板材电磁超声检测中波的产生与传播过程分析[J];仪器仪表学报;2012年06期

8 宫佳鹏;许霁;邱玉;王淑娟;;基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置[J];仪表技术与传感器;2011年05期

9 高会栋;;电磁超声技术在焊缝检测中的应用[J];无损检测;2010年11期

10 闫建伟;;多功能音频信号发生器的设计[J];电声技术;2009年S1期

相关会议论文 前1条

1 焦敬品;刘文华;张永强;何存富;吴斌;;基于磁致伸缩效应的SH波电磁超声换能器设计[A];2010振动与噪声测试峰会论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前1条

1 康磊;用于铝板检测的电磁超声导波换能器优化设计技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 房琦;用于铝合金厚板检测的电磁超声体波换能器优化设计[D];哈尔滨理工大学;2016年

2 王亚午;电磁超声换能器多场耦合分析及实验研究[D];湖北工业大学;2015年

3 张道省;基于虚拟仪器的EMAT管道无损检测系统设计[D];青岛科技大学;2014年

4 骆苏军;基于磁致伸缩超声导波的无损检测系统研究[D];浙江大学;2013年

5 张臣国;小波分析在信号降噪中的应用研究[D];电子科技大学;2012年

6 苏日亮;基于电磁超声斜入射SV波的钢轨缺陷检测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 邬以三;超声相控阵钢轨探伤方法研究[D];华南理工大学;2011年

8 李智超;基于洛伦兹力机理的电磁超声换能器建模及仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

9 汪开灿;基于电磁超声的钢轨缺陷检测系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 翟彦;小波分析理论在信号处理中的研究及应用[D];昆明理工大学;2010年

本文编号：2683305