帶液芯鑄坯凝固厚度電磁超聲檢測(cè)方法研究.pdf

1、作為新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，電磁超聲憑借其無(wú)接觸、無(wú)需耦合劑以及易于產(chǎn)生各種類型的超聲波的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，得到了無(wú)損檢測(cè)工作者們廣泛的關(guān)注。也因?yàn)殡姶懦晸Q能器可以適應(yīng)高溫高速環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，使其特別適用于連鑄坯凝固坯殼厚度檢測(cè)。本文以帶液芯鑄坯為研究對(duì)象，從EMAT(Electro Magnetic Acoustic Transducer)探頭設(shè)計(jì)出發(fā)，并根據(jù)連鑄坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)理論建模、有限元仿真以及電磁超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，研

2、究了帶液芯鑄坯電磁超聲傳輸特征及凝固坯殼厚度傳感機(jī)理。研究結(jié)果可為凝固坯殼厚度在線無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及相關(guān)工業(yè)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
　　本文首先研究了基于洛倫茲力機(jī)理的電磁超聲換能器，采用有利于激發(fā)縱波的橫向磁鐵和跑道線圈組合，對(duì)其工作機(jī)理和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行二維建模和有限元仿真分析，從點(diǎn)、線、面的角度考察了 EMAT中磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、洛倫茲力場(chǎng)和質(zhì)點(diǎn)位移場(chǎng)各方向分量的分布特性，并比較了不同參數(shù)對(duì)換能器性能的影響，給出了設(shè)計(jì)該類EMAT探頭

3、的結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化值，用于指導(dǎo)后續(xù)激勵(lì)探頭的設(shè)計(jì)。
　　根據(jù)帶液芯鑄坯的特點(diǎn)，將其抽象為固-液-固模型。通過(guò)將激勵(lì)探頭和接收探頭視為點(diǎn)源，將超聲波傳播視為射線的折射和反射，并考慮鑄坯的實(shí)際工況，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和有限元仿真得到激勵(lì)探頭安裝位置、超聲波入射角度以及接收探頭安裝范圍的關(guān)系，并提取了超聲波在不同厚度的固-液-固模型的回波信號(hào)特征。
　　在 EMAT超聲回波信號(hào)處理方面，本文通過(guò)采用基于包絡(luò)的參數(shù)估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)反映凝固坯

4、殼厚度的時(shí)延參數(shù)的估計(jì)，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)，分析了不同厚度的估計(jì)精度和計(jì)算時(shí)間。在仿真中，采用高斯回波模型、小波去噪、希爾伯特包絡(luò)提取、最小二乘估計(jì)以及高斯牛頓迭代實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)延參數(shù)的高精度估計(jì)，并比較了是否采用去噪，是否提取包絡(luò)兩種情況對(duì)估計(jì)結(jié)果的影響，驗(yàn)證了本文信號(hào)處理算法的可行性。
　　為驗(yàn)證理論推導(dǎo)和仿真模型的正確性，并針對(duì)電磁超聲檢測(cè)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的較高要求，文中設(shè)計(jì)了基于STM32的頻率可控、周波數(shù)可控以及脈沖占空比可控的激勵(lì)