电磁超声换能器的微弱信号检测

电磁超声换能器的换能效率很低,得到的接收信号十分微弱。为了改善接收信号质量,采用了基于谐振理论的选频放大技术、基于互相关理论的锁相放大技术以及平均技术3种方法对电磁超声接收信号进行处理。实验表明,所设计的选频放大电路和锁相放大电路均能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,而平均技术则能够有效改善接收信号的信噪比。最后给出了电磁超声系统联调的实验波形,并对3种检测技术的优缺点进行了分析。     

基于改进EMD的电磁超声检测数据处理技术

为提高电磁超声检测信号的精确度,提出了一种基于改进EMD(经验模式分解)的数据处理方法。针对IMFs(本征模态函数)筛选中容易丢失高频有用信息的问题,建立了一个基于欧式距离的IMFs分量筛选准则,并结合小波阈值滤波方法以实现噪声去除和微小有用信号的有效提取。为验证该算法的有效性,对厚度为10,15 mm的铝板进行了测厚试验,采用改进EMD算法对检测到的数据进行处理并提取峰值点位置,通过相邻峰值点的时间差计算厚度值,进行多组试验并计算误差。试验结果表明,提出的方法能够提高电磁超声检测的精度,同时提高了回波信号的信噪比,对于10 mm厚的铝板最小误差为0.1%,对于15 mm的铝板最小误差为0.3%。     

高炉炉衬厚度的超声波采集器设计与研究

采用超声波对高炉炉衬厚度进行测量,设计中用高压对超声波探头进行激励,声波会在金属棒表面和底面产生回波,利用后续的信号接收电路对信号进行放大、滤波、检波和电压比较,再由单片机对信号进行识别,并计算出表面和底面回波信号的间隔时间,进而推出炉衬的厚度;模块会将厚度及设定的声速进行本地显示,模块支持RS485通信接口及Modbus通信协议,可以使用上位机通过485总线向模块发送读取指令使模块将数据传到上位机,并有上位机对数据进行显示、保存、计算等处理。     

超声检测涂层厚度中小波变换模极大值法的研究

超声测量涂层厚度时,由于涂层上、下界面超声信号会产生干涉,在时域内难以识别出涂层界面回波。采用Mexh小波进行连续小波变换来分析超声A扫描信号,求其模极大值,并以此作为识别涂层界面反射回波信号的标准。进而可由超声波在其中的传播速率及其两界面反射回波的时间差计算涂层厚度。对铝涂层的金相测量验证了上述超声测厚方法的可行性。     

电磁超声横波换能器中永磁体的建模与优化

为提高电磁超声横波换能器的换能效率,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics计算电磁超声横波换能器中永磁体产生的磁场强度,得到磁场的分布规律,对永磁体从长度、宽度和厚度三个方面进行了优化,以指导电磁超声横波换能器结构的设计。研究表明,永磁体产生的磁场强度明显大于蝶形线圈产生的磁场,在考虑电磁超声横波换能器时,可忽略蝶形线圈产生的磁场的影响;永磁体厚度对换能器效率有明显影响,当厚度增大,磁场强度增强,但趋势逐渐减缓;永磁体宽度和长度的设计不存在固定的比例准则,需要根据线圈的实际尺寸参数进行设计。     

基于电磁超声的金属板测厚技术仿真研究

针对金属板厚度测量问题,研究了电磁超声波在金属板中的传播特性,根据有限元理论,利用ANSYS有限元分析软件对金属板测厚换能器进行了仿真分析。建立了测厚换能器的三维模型,对模型进行了电磁分析和电磁结构耦合分析。分别得出了被测试件内感生出的涡流和受到的洛伦兹力以及被测试件内部受到的位移情况。仿真结果表明,被测试件内质点受到的洛伦兹力方向为向下,且线圈正下方的洛伦兹力最大;通过不同时刻质点位移的变化可以直观地观察出电磁超声波在板中的传播状况;通过对单个质点位移的分析得出了该模型产生的电磁超声波的质点位移最大方向是向下的;该模型产生的超声波是向下的,可用于模拟电磁超声的测厚情况。     

电磁超声表面波探伤技术

针对金属板材表面大范围的健康监测问题,进行了电磁表面波的研究。设计了基于电磁超声原理表面波探伤系统,其主要由激励、接收和换能器组成。由表面波的特性,推导出了表面波的激发频率,线圈采用反复绕制的回折线圈,其优点是增大单位面积的电流。激励采用推挽式功率放大,接收采用二级放大。在长600mm、宽300mm、厚30mm铝板上进行试验,实验结果表明利用一发一收的换能器模式能够检测铝板表面的缺陷,达到了对铝板表面探伤的效果。     

钢轨踏面电磁超声检测信号处理方法

针对钢轨踏面电磁超声检测信号幅值小、信噪比低的问题,研究适用于电磁超声的数字信号处理方法,利用小波变换对信号进行消噪处理,通过希尔伯特变换提取信号包络,并对处理后的数据进行超声成像。采用LabWindows/CVI和Matlab混合编程的方式设计上位机数据分析软件。试验表明,该方法显著提高了电磁超声回波信号的信噪比,能有效地检测钢轨踏面缺陷并进行定位。     

小波分析在超声测厚信号特征提取中的应用

采用超声波对旋压固体火箭发动机的绝热层厚度进行检测时,检测信号中的纹理噪声影响了界面回波的确定,进而影响绝热层厚度的准确测量。通过分析绝热层超声测厚信号特点和噪声来源,提出了利用小波变换对检测信号进行处理的方法。仿真结果表明,运用小波分析得到的厚度特征有很大的改善,通过试件厚度的计算,验证了测量的有效性和准确性。     

电磁超声探伤回波信号的硬件处理

在电磁超声检测(EMAT)中,由于实际获得的检测信号成分复杂,噪声和干扰比较强,导致有用信号相对较弱,而且有用信号和噪声信号的幅度基本重合,信噪比和分辨率都较低。以钢管的电磁超声检测(EMAT)为例,设计了一种对从电磁超声探伤仪获得的回波信号进行处理的方法,从而减小噪声对信号的干扰,提高信噪比和分辨率,达到提高电磁超声检测效果的目的。实际工程项目中的应用证明,提出的信号处理方法是必要的和有意义的,并且检测效果良好。     

基于功率谱分析的表面涂层厚度超声无损测量方法

针对厚度小于1mm的薄膜或涂层材料,研究了一种超声测厚信号处理方法。当超声波在两层或多层介质中传播时,不同界面的回波信号会相互叠加并发生干涉。当超声波在厚度L、声速v、声阻抗Z2的介质(介于声阻抗分别为Z1和Z3的两介质之间)中传播,由于界面回波的叠加与干涉,回波信号的功率谱在频率为f0=v／4L的奇数或偶数倍处出现周期性极值点。因此,当声速v已知,待测试样的厚度三可由关系式L=v／2△f来求得。其中,△f是相邻两极值的频率间隔。根据该原理,采用水浸聚焦脉冲回波超声检测方法,对镍基高温合金基体上的ZrO2热喷涂涂层(270～400μm)进行了厚度测试,试验结果与金相法测试结果相符。     

超声扫描成像测井仪信号处理电路设计

介绍了一种超声扫描成像测井仪信号处理电路的设计和实现。电路主要包括超声信号限幅电路、放大滤波电路、检波电路、A/D电路、FIFO电路以及单片机控制电路。电路采用了高频放大器以及差分放大器,很好地实现了对微弱超声回波信号的获取、放大、波形包络检波、A/D转换和缓存处理。试验表明,电路结构简单实用,获得了比较理想的回波包络信号。     

多通道超声波数据采集系统研制

介绍了根据核电站在役检查特殊要求所研制的具有主辅多通道功能的新型超声波数据采集系统。提出了一种以太网+FPGA+ARM的架构,利用程控电路实现多路超声信号可分时复用一个发射电路及接收电路,实现一路超声信号输入,具有多个不同增益的信号输出,一方面避免因缺陷回波信号过载而重新检测的问题,同时使得多通道超声检测仪器小型化和轻量化。该数据采集系统各项技术指标满足标准要求,并进行了实验检验。     

利用频散补偿法消除兰姆波频散效应

兰姆波的多模式及频散特性使得其在激励、传播以及信号处理等方面较为复杂。采用频散补偿方法对在钢板中传播10 cm距离的兰姆波信号进行模拟计算。所得信号明显地减小了因频散而引起的脉冲信号拉长。实验对3 mm厚铝板中传播了10 cm的频散信号进行了处理,也得到较好的结果。     

基于声压反射系数相位谱的涂层密度和纵波声速双参数反演

提出一种基于声阻抗测量,采用相关系数法对涂层的声压反射系数相位谱二元非线性方程进行双参数反演,同时确定涂层密度和纵波声速的方法。采用超声脉冲回波法,采集厚度为1.929mm铝板和厚度为0.2~0.5mm、掺杂质量百分比30%~50%铁粉的环氧树脂涂层的超声回波信号,在有效频带范围内采用相关系数法对试样理论和试验声压反射系数相位谱进行匹配分析,利用声阻抗条件约束相关系数矩阵,约束后的相关系数矩阵最大值对应的密度和纵波声速即为涂层的最优表征结果,纵波声速和密度的反演误差均在±3.2%以内。     

水平连铸圆钢的混合波检测及缺陷信号的提取

采用由超声纵波和横波组成的混合波检测水平连铸圆钢中埋藏较深的径向缺陷,得到的缺陷回波信号很弱,且完全“湮没”在强烈且复杂的材料组织散射噪声之中。分析了检测信号的特征,并采用截止频率法成功地提取了微弱的缺陷回波信号。     

电磁超声导波在铝板中的传播方向控制

针对铝板中电磁超声导波主声束传播方向控制的问题,采用毕奥萨伐尔定律等效模型分析方法,建立了非对称斜向曲折型线圈与电磁超声导波主声束传播方向的关系,试验验证了曲折型线圈的斜向角度与电磁超声导波主声束传播方向控制方法的可行性。结果表明:斜向曲折型线圈结构电磁超声换能器产生的超声导波主声束方向垂直于线圈工作导线,通过改变线圈的斜向角度,可实现超声导波传播方向的控制。     

基于连续小波变换的薄板损伤空气耦合兰姆波成像检测

针对铝板采用空气耦合超声探头激励出A0模式的兰姆波,在含有损伤的铝板同一侧激发和接收并以步进1 mm进行扫查试验。对扫查接收信号进行连续小波变换,提取400 kHz频率下的小波系数包络信号,识别了激励兰姆波的模态。最后利用不同扫描点处接收信号的连续小波变换系数包络信号进行幅值包络成像。结果显示,基于连续小波变换得到的特定频率处幅值包络信号信噪比较好,且成像结果具有较高的聚焦性。     

基于USB的电磁超声数据采集及分析系统的设计

针对电磁超声信号的微弱性、多样性特点以及电磁超声系统的便携式检测需求,设计了基于USB的电磁超声数据采集及分析系统。该系统通过USB实现上位机与采集电路的数据交换,采用FPGA实现电磁超声发射/接收电路控制和数据采集,并利用LabWindows CVI编写了上位机软件。试验表明,系统具有较高的采样速率和采样精度,使用方便灵活,具有广阔的应用前景。     

304不锈钢晶粒散射特性的超声检测分析

研究了304不锈钢不同热处理状态下晶粒尺寸对超声声速的影响。对同厚度钢和不锈钢的一次回波、二次回波和两者间的信号进行了频谱特性分析。结果表明,超声波在不锈钢中传播时,晶粒越大,声速越高;不锈钢的一次回波、二次回波及两者间的信号均在回波信号频带范围内,随晶粒度增加频率降低,散射作用增强。