用于凝固末端位置探測的電磁超聲傳感技術(shù)研究.pdf

1、本文以連鑄過程中連鑄坯液芯末端位置為研究對象，采用電磁超聲換能（EMAT）無損檢測技術(shù)，從理論上分析連鑄坯凝固末端 EMAT檢測原理。通過有限元仿真建模，研究了電磁超聲在帶液芯高溫連鑄坯內(nèi)部的傳播特征。實驗設(shè)計了電磁超聲傳感器以及檢測系統(tǒng)，對超聲回波信號進(jìn)行了信號分析和時延參數(shù)估計，論文研究成果為實現(xiàn)連鑄末端反饋實時控制奠定了基礎(chǔ)。
　　為了探索EMAT技術(shù)進(jìn)行凝固末端位置檢測的理論可行性，論文采用Comsol Multiphys

2、ics多物理場仿真軟件，分析了電磁激勵超聲波在帶液芯鑄坯的傳播時域特征。有限元主要仿真了凝固末端位置模型中超聲波傳播過程，EMAT所在位置軸線處不同位置質(zhì)點(diǎn)總位移量時域特征，以及 EMAT所在位置軸線處不同位置質(zhì)點(diǎn)沿y軸方向偏速度的時域波動特征。通過EMAT接收回波信號分析，總結(jié)出了末端位置檢測方法。進(jìn)一步平移 EMAT至末端模型不同橫向坐標(biāo)點(diǎn)，通過對回波信號分析，給出了液芯厚度確定思路，進(jìn)而用于指導(dǎo)EMAT設(shè)計。
　　根據(jù)有限元

3、仿真結(jié)果，對末端位置模型中，EMAT接收器的回波信號進(jìn)行理論抽象，并充分考慮回波衰減，反射，重疊等特點(diǎn)，建立了回波參數(shù)模型。根據(jù)EMAT接收回波特征，采用了非線性軟閾值壓縮的方法進(jìn)行前置處理，以此減少數(shù)據(jù)冗余，采用了小波分解與重構(gòu)算法實現(xiàn)信號的前期噪聲抑制，運(yùn)用了變化率擬合分析方法來對回波信號進(jìn)行包絡(luò)提取和峰值定位。在此研究的基礎(chǔ)上，綜合討論了參數(shù)估計方法，針對單回波，采用了改進(jìn)型廣義互相關(guān)（GSCC）快速算法，即通過回波相關(guān)性來進(jìn)行回

4、波時延估計；針對多回波，主要在時頻域來分析回波信號的頻率和幅值變化特點(diǎn)，通過對比分析Gabor變換和“譜圖重排”算法，提出“能量聚焦”思路來實現(xiàn)回波的時延定位。針對多回波重疊問題困擾，改進(jìn)了“譜圖重排”和Gabor變換算法并用于多回波分離，從而驗證了譜圖重排算法的高效性。
　　最后，文中進(jìn)行了相關(guān)實驗，設(shè)計了EMAT傳感器，分析了EMAT的高頻特性，研究了自諧振匹配和阻抗匹配。開發(fā)了基于壓控的三級增益緩沖放大電路，來實現(xiàn) EMAT