钢板电磁超声检测方法的实验研究

摘要

电磁超声是一种新型超声检测方法,相比于传统的压电超声,具有非接触、无需耦合剂等特点,可用于高温等恶劣工况。本学位论文对钢板电磁超声检测方法进行了实验研究。
　　首先研究了用于电磁超声测厚的声时计算方法。针对已有声时计算方法存在的不足,给出一种样条插值互相关延时估计的声时计算方法。实验结果表明:该方法可以在硬件采样率为100MHz的情况下,获得1ns的时间分辨率;对3mm厚钢板进行多次厚度测量,其相对误差不超过0.02％,具有较高计算精度。
　　其次,研究了基于磁致伸缩效应的水平剪切波(ShearHorizontalWave,SH波)钢板检测方法,采用频率控制灵活的水平磁化和曲折线圈构成传感器结构。针对常规结构换能效率较低的特点,提出一种改进型传感器结构,并通过磁场有限元计算给出磁场增强结果,从而增加信号幅值。实验结果表明:该结构具有增强SH波信号,提高缺陷检测能力的作用。在2mm厚的钢板中可以检出距接收传感器100mm直径2mm的通孔缺陷。
　　最后,针对SH波在厚钢板中激励效率不高且易产生多模态信号,会对检测结果造成干扰的现象,研究了钢板缺陷电磁超声表面波检测方法。选择垂直磁化和曲折线圈组成传感器结构,用于激励和接收表面波,并对传感器设计过程中关键参数的选择进行了研究。实验结果表明:该结构可用于激励和接收表面波,并适用于缺陷检测,在6mm厚钢板上可检测距传感器60mm,直径为6mm深度为板厚20%的平底孔缺陷;在8mm厚钢板上可检测距传感器300mm,直径为22mm深度为板厚80%的球形孔缺陷。

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1 绪论

1.1 论文的背景及意义

1.1.1课题来源

1.1.2 目的与意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1厚度测量研究概况

1.2.2电磁超声缺陷检测研究概况

1.3 论文主要工作

2. 钢板测厚电磁超声方法研究

2.1 引言

2.2声时计算方法

2.2.1 三次样条插值

2.2.2 带通滤波

2.2.3 信号截取

2.2.4 互相关计算声时

2.2.5 算法优化

2.3实验验证

2.3.1 实验平台及实验对象

2.3.2 单次回波计算实验结果

2.3.3 多次回波计算实验结果

2.3.4 不同厚度试件实验结果

2.4本章小结

3.钢板缺陷电磁超声水平剪切波检测方法

3.1 引言

3.2 SH信号增强方法

3.2.1 常规SH波电磁超声传感器结构

3.2.2 SH波信号增强原理

3.3 实验验证

3.3.1 实验平台

3.3.2 信号增强实验

3.3.3 辅助磁铁参数的选择

3.3.4 缺陷检测实验

3.4 SH波检测局限性

3.5 本章小结

4.钢板缺陷电磁超声表面波检测方法

4.1 引言

4.2 电磁超声表面波传感方法

4.2.1传感器结构选择

4.2.2 激励信号频率控制

4.3 传感器关键参数的选择

4.3.1 磁化强度对信号的影响

4.3.2 线圈匝数对信号的影响

4.3.3 匹配电容的选择

4.4实验研究

4.4.1 检测频率的选择

4.4.2 波型验证

4.4.3 缺陷检测实验

4.5本章小结

5. 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间取得的成果