电磁超声测厚系统的设计与实现

发布时间：2023-03-04 08:19

　　随着工业的发展和冶炼技术的不断进步,金属材料被广泛的应用在各行各业当中,这就对金属板材行业要求越来越严格,其中金属厚度的精确值为一个重要的指标。在无损检测领域,金属板材厚度的测量方法层出不穷,电磁超声技术作为一项新的无损检测技术越来越受到人们的关注。与传统的压电超声技术相比,EMAT技术具有无需添加耦合剂、非接触式测量、适于高温检测等优点,由于其非接触式测量的优点,电磁超声可以对腐蚀减薄的金属板和表面具有涂覆层的金属进行厚度的在线检测。本文从电磁超声的原理出发,阐述了电磁超声波激发的基本机理,从电磁学方面推导了换能器的数学公式,根据电磁超声的激发特点和本身的一些特性,设计和优化了硬件接收电路以及软件去噪及提取算法。在此理论和实践的基础上,设计了快速精确测量的电磁超声测厚系统,该系统包括高压模块、换能器驱动模块、超声接收模块和CPU数据处理和传输模块。分别在标准钢块上进行实验研究,高压电源输出电压范围0到300V和-300V到0,能够给驱动电路提供足够的能量对换能器进行很大程度的触发;换能器的触发采用高压脉冲激励的方式,驱动电路中的MOSFET采用变压器耦合驱动方式,实现了前级和后端隔离...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要内容及章节安排
        1.3.1 本文主要内容
        1.3.2 本文章节安排
第2章 电磁超声检测原理及换能器的结构
    2.1 电磁超声检测基本原理
        2.1.1 电磁超声在非铁磁材料中的换能机理
        2.1.2 电磁超声在铁磁材料中的换能机理
    2.2 电磁超声厚度测量原理
        2.2.1 电磁超声横波测量机理
        2.2.2 电磁超声纵波测量机理
        2.2.3 超声波在固体中的传播
        2.2.4 回波时间间隔的计算
    2.3 电磁超声换能器的结构
        2.3.1 偏置磁场
        2.3.2 激励线圈
    2.4 本章小结
第3章 系统硬件设计
    3.1 系统硬件总体概述
    3.2 电磁超声激励模块
        3.2.1 信号发生器
        3.2.2 开关驱动电路
        3.2.3 高压电源
        3.2.4 系统低压电源
        3.2.5 阻抗匹配电路
    3.3 电磁超声信号接收处理电路
        3.3.1 钳位电路
        3.3.2 射级跟随器电路
        3.3.3 滤波电路
        3.3.4 可变增益放大器
    3.4 主控电路模块
        3.4.1 主控芯片外围电路设计
        3.4.2 网络接口电路设计及DP83848芯片介绍
        3.4.3 与FPGA通信协议设计
    3.5 AD采集电路模块
        3.5.1 AD9244电路图设计
        3.5.2 RAM存储芯片IS61LV51216电路设计
    3.6 本章小结
第4章 系统软件设计
    4.1 系统软件流程图
    4.2 激励信号驱动设计
    4.3 数据采集及外置RAM驱动设计
    4.4 数据传输模块设计
    4.5 回波信号处理算法
        4.5.1 平均滤波算法
        4.5.2 包络提取算法
    4.6 本章小结
第5章 系统整体测试及结果分析
    5.1 测量系统整体概况
    5.2 系统各电路模块测试
        5.2.1 换能器驱动电路测试
        5.2.2 高压电源测试
        5.2.3 接收电路测试
        5.2.4 通信模块测试
    5.3 系统实验数据标定
    5.4 测量系统的性能指标分析
    5.5 系统噪声种类和抑制方法
        5.5.1 电源噪声
        5.5.2 PCB板噪声
    5.6 误差分析
        5.6.1 系统误差
        5.6.2 随机误差
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3754040