基于电磁超声金属板测厚系统接收及处理技术研究

发布时间：2017-08-28 17:05

  本文关键词：基于电磁超声金属板测厚系统接收及处理技术研究

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【摘要】：金属板材广泛应用于汽车工业、航空航天及石油化工等领域,其对金属板材厚度进行精确的测量是提高我国金属板材产品质量的重要保证。在工程应用中,超声波对金属板厚度检测是常用手段之一。传统的压电超声检测由于其检测灵敏度高、信噪比高等优势在工厂检测中广泛应用,但是其在检测过程中需要涂抹耦合剂,不能承受较高温度的外界环境也存在着检测的局限性。电磁超声检测具有非接触、无需涂抹耦合剂、耐高温高压等特点,对传统压电超声检测是一个很好的补充。本文对电磁超声换能器机理及其测厚原理进行了深入研究,推导了电磁超声换能器在测厚应用中的数学公式。根据电磁超声换能器工作在测厚状态下的激发原理及测厚信号回波的点特,制作了电磁超声回波接收部分的电路,并使用Multisim仿真软件对接收电路的每个部分进行了仿真。在实验方面,利用搭建的电磁超声测厚平台对实验铝板进行了实际的测量,通过对不同厚度的铝板进行多组重复性数据采集实验,并以读取相邻回波峰值点对应时差的方式计算它们的厚度值。在数据处理过程中,根据电磁超声信号的特点,用多种适用于该信号类别的数据处理方法进行数据处理,并作出了比较。最终确定了移动平均法与小波变换法的应用。实验中,对不同厚度铝板进行了超声波声速的校准。在小波变换处理信号过程中,通过对“各族”小波基的第1层分解的系数序列极差来选择适用于该信号的最佳小波基。在选择最优小波基的基础上,探究了不同分解尺度对测厚值误差范围的影响。经过移动平均法处理过的数据可一定程度上减小波动范围,但是每个数据都会对包含该数据的数据组的平均值有影响。移动平均数据组中的数据越多,其测量精确度越高,但是实时响应就会越差。在不同厚度铝板板上进行实验研究,实验得出:原始信号数据经过移动平均法处理后,虽然精度提高,但是处理过的数据值与真实值比较数据整体偏小;原始信号数据经过小波变换处理后,精度提高,误差波动的范围减小,小波基函数与分解尺度的正确选择可有效提高电磁超声测厚的精确度。
【关键词】：电磁超声 铝板 小波变换 移动平均 精确度 测量误差范围
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH871
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 电磁超声测厚技术的国外研究现状11-12
• 1.2.2 电磁超声测厚技术的国内研究现状12-13
• 1.3 电磁超声的特点及应用13-15
• 1.4 论文的主要内容及章节安排15-17
• 1.4.1 论文的主要内容15
• 1.4.2 论文的章节安排15-17
• 第2章 电磁超声检测原理及换能器结构17-27
• 2.1 电磁超声检测理论17-19
• 2.1.1 EMAT的工作原理17-18
• 2.1.2 EMAT的边界条件18-19
• 2.2 电磁超声换能器结构19-22
• 2.2.1 偏置磁场20-21
• 2.2.2 激励线圈结构21-22
• 2.3 电磁超声测厚基本原理22-25
• 2.3.1 电磁超声横波测厚机理22-23
• 2.3.2 横波EMAT数学控制方程23
• 2.3.3 电磁超声纵波测厚机理23-24
• 2.3.4 纵波EMAT数学控制方程24-25
• 2.4 超声波在固体中的传播速度25
• 2.5 电磁超声厚度检测原理25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 电磁超声测厚系统回波接收部分硬件电路设计及仿真27-42
• 3.1 电磁超声测厚系统结构27
• 3.2 电磁超声测厚系统回波接收部分27-39
• 3.2.1 钳位电路28-29
• 3.2.2 前置放大电路29-30
• 3.2.3 滤波电路30-32
• 3.2.4 可变增益放大电路32-39
• 3.3 硬件电路PCB板与实物图39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 回波信号数据处理方法分析42-54
• 4.1 平均法理论42-43
• 4.1.1 平均算法42-43
• 4.1.2 移动平均法43
• 4.2 小波变换法43-48
• 4.2.1 小波分析理论43-45
• 4.2.2 小波系数的估计45-46
• 4.2.3 阈值的选取46-47
• 4.2.4 小波系数模型的改变47-48
• 4.3 EMD分析时频理论48-50
• 4.3.1 经验模态（EMD）分解方法49
• 4.3.2 希尔伯特变换49-50
• 4.4 算法比较50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 实验与结果分析54-68
• 5.1 实验平台54-56
• 5.1.1 电磁超声测厚系统54-55
• 5.1.2 电磁超声测厚换能器55-56
• 5.2 实验与结果分析56-67
• 5.2.1 数据处理方法56-57
• 5.2.2 实验参数57-58
• 5.2.3 移动平均法处理58
• 5.2.4 声速的校准58-59
• 5.2.5 实验中最优小波基的选取59-61
• 5.2.6 结果分析61-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第6章 结论68-69
• 参考文献69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

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本文编号：748594