用于凝固末端位置探測(cè)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(duì)象，采用電磁超聲換能（EMAT）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，從理論上分析連鑄坯凝固末端 EMAT檢測(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了電磁超聲傳感器以及檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行了信號(hào)分析和時(shí)延參數(shù)估計(jì)，論文研究成果為實(shí)現(xiàn)連鑄末端反饋實(shí)時(shí)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(cè)的理論可行性，論文采用Comsol Multiphys

2、ics多物理場(chǎng)仿真軟件，分析了電磁激勵(lì)超聲波在帶液芯鑄坯的傳播時(shí)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(shí)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(shí)域波動(dòng)特征。通過EMAT接收回波信號(hào)分析，總結(jié)出了末端位置檢測(cè)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(duì)回波信號(hào)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(jì)。
　　根據(jù)有限元

3、仿真結(jié)果，對(duì)末端位置模型中，EMAT接收器的回波信號(hào)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(shí)現(xiàn)信號(hào)的前期噪聲抑制，運(yùn)用了變化率擬合分析方法來對(duì)回波信號(hào)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(jì)方法，針對(duì)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(shí)延估計(jì)；針對(duì)多回波，主要在時(shí)頻域來分析回波信號(hào)的頻率和幅值變化特點(diǎn)，通過對(duì)比分析Gabor變換和“譜圖重排”算法，提出“能量聚焦”思路來實(shí)現(xiàn)回波的時(shí)延定位。針對(duì)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(yàn)證了譜圖重排算法的高效性。
　　最后，文中進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(jí)增益緩沖放大電路，來實(shí)現(xiàn) EMAT