基于电磁超声的金属板测厚系统研制

发布时间：2020-09-19 20:19

　　 随着世界经济不断发展,金属板材的需求也在不断增长。在板材生产过程中,厚度是重要生产指标。需要对生产线不断监测所生产板材的厚度是否符合要求,一旦监测厚度值与标准值发生偏离,要及时修改生产设备的参数,最终生产出高质量、高指标的金属板材。在金属板使用过程中,由于存在不断地冲击、挤压、摩擦、自然老化等原因,实时监测板材的厚度十分重要,不仅能够延长设备的使用寿命,而且降低生产安全的威胁性。电磁超声检测技术具有非接触、无需耦合剂、适用于高温等复杂环境检测等优点,逐渐在工业实践中得到广泛应用。因此,对电磁超声金属板测厚系统研究,完成板材厚度的精准测量具有重要意义。本文针对电磁超声测厚问题,研究电磁超声检测技术和电磁超声换能器基本原理,对洛伦兹力和磁滞伸缩力机理的电磁超声换能器激发超声波过程进行数学模型的推导,并给出对应边界条件。对电磁超声测厚基本原理进行分析,推导电磁超声测厚公式,研究固体中横波和纵波的传播速度,设计激发横波的电磁超声换能器。根据电磁超声测厚激励的高功率、高压、高频脉冲需求,设计电磁超声测厚激励硬件,针对电磁超声测厚回波信号特点,设计电磁超声测厚接收硬件,分别用虚拟电子实验室仿真软件对电路进行仿真,验证电路设计正确性。研究线间距和激励频率对测厚回波信号影响,搭建实验平台,得出多组测厚回波信号,采用经验模态分解算法分别对不同厚度铝板的回波信号进行数据处理,去除噪声提高信噪比,利用抛物插值法提取相邻峰值对应时间差计算厚度值,并进行误差对比分析。在不同厚度的铝板中进行实验研究,实验结果表明:所设计电磁超声测厚发射电路和接收电路能够满足测厚系统需求。原始测厚信号虽然比较明显,但是回波信号噪声较大,尤其激励脉冲比较杂乱,而且对后续回波有较强影响,造成前两个回波波形没有在同一水平线上,严重影响测量精度。经过EMD处理后的信号,回波信号噪声较小,激励脉冲界限清晰,所有回波在同一水平线上,信号线较浅,可视性提高。抛物插值法能够准确提取回波峰值点信息,精确提取相邻峰值点对应时间差来提高测厚精度。EMD算法与抛物插值法相结合为电磁超声无损检测数据处理领域提供参考。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH878.2

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本文编号：2822950