一种基于感应式磁声成像原理的无损检测探头研制

摘要

铝合金板材具有密度小、强度高、耐腐蚀等特点，在生产生活中被得到广泛应用。但其表面及其亚表面的损伤具有很强的隐蔽性和危险性，由此导致的交通事故、生产事故以及管线泄漏事故等严重威胁着人民群众的生命财产安全以及我们赖以生存的生态环境。目前业界针对裂纹检测主要采用涡流检测技术，针对腐蚀检测主要采用红外成像技术。
　　本文提出了一种新的方法，将医学检测手段中的感应式磁声成像技术(Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction，MAT-MI)引入金属材料的无损检测技术中，利用缺陷改变了金属材料表面电导率分布的性质，通过脉冲磁场对金属材料表面进行激励，而后通过提取金属表面上超声信号重建出金属材料表面的电导率分布。该技术具有非接触、无需耦合剂、可进行大范围快速检测等优点，非常适合金属板材的在线检测。
　　本文首先建立了适用于金属材料的感应式磁声成像正问题解析模型，并根据该模型估算了静态洛伦兹力与交变洛伦兹力对磁声信号(Magnetoacoustic signal)的贡献;接着研究了超声波在金属材料内的传播机理，为磁声信号确定了较佳的波模式。最后在理论分析的基础上，本文研制出一套感应式磁声成像探头实验装置。该装置主要包括磁声信号换能器、磁声信号激发模块和磁声信号接收模块。
　　利用研制出的感应式磁声成像探头实验装置，本文进行了一系列实验研究，包括两种模式下磁声信号的激发方法、基于SHO导波的磁声信号特性等。最后，本文通过实验证明该装置可有效检测铝板表面长10mm、深2mm的条状缺陷。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 感应式磁声成像研究现状及最新进展

1．2．1 感应式磁声成像声源产生机理研究进展

1．2．2 感应式磁声成像电导率重建算法研究进展

1．2．3 感应式磁声成像硬件研制进展

1．3 本文的主要工作及研究安排

第二章 磁声信号的激发机理研究

2．1 基本问题分析

2．2 感应涡流场解析模型

2．3 超声信号声源解析模型

第三章 磁声信号的传播机理研究

3．1 超声波的主要特性

3．1．1 相速度与群速度

3．1．2 超声波的频散特性

3．2 部分波模式简介

3．2．1 Rayleigh波

3．2．2 Lamb波

3．2．3 SH波

3．3 磁声成像检测探头电磁换能器设计

3．3．1 电磁换能器结构分析

3．3．2 磁声信号激发与接收线圈的设计

第四章 感应式磁声成像探头硬件电路设计

4．1 磁声信号激发电路的设计

4．1．1 磁声信号产生模块的设计

4．1．2 功率放大模块的设计

4．2 磁声信号接收电路的设计

4．2．1 比例放大电路的设计

4．2．2 滤波模块的设计

4．3 阻抗匹配电路的设计

第五章 感应式磁声成像试验研究

5．1 SHO导波与Rayleigh波的激发

5．1．1 SHO导波的激发

5．1．2 Rayleigh波的激发

5．2 磁声信号的特性试验研究

5．2．1 磁声信号的指向性试验

5．2．2 感应式磁声成像探头提离效应试验

5．2．3 磁声信号激发周期次数试验

5．3 条状缺陷检测试验

第六章 结论

参考文献

硕士期间发表的学术成果

致谢