铁磁性金属丝超声导波检测系统设计

发布时间：2020-07-23 00:19

【摘要】：铁磁性材料的内部微观结构影响材料的机械性能和力学性能,如果存在缺陷将导致材料的性能发生变化,使应用于工程的机械部件性能下降甚至失效。铁磁性材料早期是否存在缺陷,对其后期的工程应用十分重要。铁镍合金是一种具有高磁导率的铁磁性材料,铁镍合金丝可用于制作位移传感器。铁镍合金丝在生产的过程中,材料经过拉拔成丝,当拉拔速度过快或压缩率过大,可能会导致金属丝表面出现的横向裂纹,进而影响到传感器的性能。本文根据以上情况对铁磁性金属丝的横向裂纹进行检测。基于磁致伸缩原理的超声导波检测技术有两大优点:超声导波的传播损耗小,可用于长距离试件的检测,检测效率高;检测过程中不需要使用耦合剂,可以实现非接触检测。磁致伸缩式超声导波检测技术能有效的应用于长距离构件的检测。本文根据磁致伸缩理论和超声导波理论设计了检测系统对铁磁性金属丝进行检测,对信号的进行分析得到缺陷的信号特征,从而实现对铁磁性材料质量状况的评价。本文的主要研究内容如下:首先介绍磁致伸缩理论、超声导波理论,选择纵向模态的超声导播进行检测,使用Comsol进行仿真确定传感器模型,传感器主要包括三部分:永久磁铁、检测线圈以及磁致伸缩材料本身。其次设计硬件电路系统,包括以FPGA为核心的控制电路、超声激励电路与超声接收电路,实现超声导波的激励与接收、信号放大和滤波、数据采集和USB通信等功能。再次开发LabVIEW上位机,实现向下位机发送命令和参数,数据处理和波形显示。最后对波形信号进行处理,包括滑动平均滤波、互相关处理和希尔伯特变换,实现对缺陷位置和大小的判断。通过实验,本论文设计的检测系统可对铁磁性材料实现快速检测,可以对缺陷的位置和大小进行判断,检测结果精度较高,能够实现对铁磁性材料缺陷的检测及质量状况的评价。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH878.2
【图文】：

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是成分复杂的超声波。图 2.2 杆中超声导波传播示意图2.2.1 超声导播特性导波的传播是以群速度传播，群速度就是指一组频率接近的超声波波包的传播速度。而超声导波中某一相位点的传播速度为相速度。超声导波的群速度与相速度之间有一定的相关性，但并不是线性相关。也就是说导波波包的群速度的大小不能决定某一点相速度的大小，而某一点的相速度的大小也不能代表整个波包群速度的大小。图 2.3 群速度与相速度

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会进一步发生复杂的几何弥散以及干涉现象，由横波和纵波等超声波组成，是成分复杂的超图 2.2 杆中超声导波传播示意图群速度传播，群速度就是指一组频率接近的一相位点的传播速度为相速度。超声导波的群不是线性相关。也就是说导波波包的群速度的一点的相速度的大小也不能代表整个波包群速

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中北大学学位论文的，所以超声波将以导波的形式在其中传播。当导波在存在缺声导波传播到缺陷处会发生反射返回。当反射的导波传播到传内磁场强度发生变化，磁场强度的变化又会引起检测线圈中电后通过相关的数据处理分析该信号，可以获取缺陷信息，实现磁致伸缩效应的超声导波检测原理如图 2.4 所示。

【参考文献】