电磁超声技术在钢板缺陷检测中的研究

论文摘要

新兴的电磁超声技术基于电磁感应原理激发超声波,因不需要耦合介质等优点,引起了无损检测领域的高度重视,本论文即以电磁超声无损检测技术在钢板缺陷检测中的应用为重点进行研究。本文首先介绍了EMAT技术发展和应用的历史,对EMAT的换能机理进行了探讨,研究了电磁超声系统的基本理论,在此基础上对电磁超声检测系统进行了有限元分析。建立了EMAT激发系统的二维有限元模型,分别在激励线圈中加载瞬变电流和高压脉冲激励,研究了由两种不同激励所产生的感应交变磁场、感生电涡流和洛仑兹力的情况。分析了磁导率、电阻率、提离距离等因素对电涡流的影响。通过在被测导体表面设置不同的缺陷类型,建立了缺陷下的二维仿真模型,研究和分析了不同缺陷对被测导体表面感应磁场和感生电涡流的影响情况,为实验研究和系统优化奠定了基础。在理论研究和仿真分析的基础上,对电磁超声检测系统进行了设计。研究了电磁超声换能器的励磁方式,比较了永磁体、直流电磁铁和交流电磁铁的特点,同时分析了几种不同形状的激励线圈,对EMAT的探头线圈进行了优化设计。基于直接数字频率合成技术,研究设计了激发电磁超声的正弦波脉冲串发生器,并研制了相应的功率放大系统。针对电磁超声接收信号微弱的特点,设计相匹配的前置放大器和主放大器,放大了接收到的微弱电压信号。进行了一系列的缺陷实验研究,并提出了一种基于传统傅立叶变换的非线性自适应的时域信号处理方法,对被噪声严重污染的电磁超声回波信号进行了处理,得到了良好的效果。对缺陷与被测导体表面的角度,激励脉冲的个数等影响检测结果的因素进行了实验分析和研究,得出了它们和检测结果之间的关系。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 常用无损检测技术
• 1.3 电磁超声技术国内外研究状况
• 1.3.1 电磁超声的数学建模
• 1.3.2 电磁超声装置的设计优化
• 1.3.3 电磁超声的工程应用
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 电磁超声检测技术的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 电磁超声的基本理论
• 2.2.1 电磁场
• 2.2.2 力场
• 2.2.3 超声波场
• 2.3 电磁超声的完整方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 电磁超声检测技术的仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 电磁超声激发过程的仿真
• 3.2.1 前处理
• 3.2.2 求解
• 3.2.3 后处理
• 3.3 电涡流的仿真
• 3.4 电磁超声的缺陷仿真
• 3.4.1 焊缝缺陷仿真
• 3.4.2 腐蚀缺陷仿真
• 3.4.3 缺陷仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 电磁超声检测系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 EMAT的总体系统
• 4.3 电磁超声换能器的设计
• 4.3.1 偏置磁场
• 4.3.2 探头线圈
• 4.4 激发系统
• 4.4.1 DDS基本原理
• 4.4.2 激励电路设计
• 4.4.3 功率放大电路
• 4.5 接收系统
• 4.5.1 前置放大器
• 4.5.2 主放大器
• 4.6 本章小结
• 第五章 电磁超声检测技术的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 电磁超声信号的特点及处理方法
• 5.3 电磁超声实验研究
• 5.3.1 裂缝的检测
• 5.3.2 缺陷角度对检测的影响
• 5.3.3 脉冲个数对检测的影响
• 5.3.4 提离距离对检测的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢