电磁超声检测钢板厚度实验的参数优化

为提高电磁超声检测信号的信噪比,研究激励信号频率、脉宽及换能器提离距离对厚度测量结果的影响,搭建了电磁超声实验系统。该系统利用RITEC-SNAP 5000产生高能正弦波激励电磁超声换能器EMAT ( Electromagnetic Acoustic Trans-ducer),通过调节激励信号的频率、脉宽,改变提离距离来观测超声回波幅度的变化。实验结果表明：当激励频率和EMAT固有频率相同时其换能效率最高,采用6个周期的脉冲串时前后波包之间分界明显,为获得较大的回波幅度应尽可能减小提离距离。     

电磁超声换能器线圈设计与提高换能效率研究

提出了一种提高电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)换能效率的方法,首先,在COMSOL Multiphysics软件中建立了电磁超声无损检测激发探头有限元模型,然后研究了电磁超声换能器中双层叠加螺旋线圈的基板厚度、铜箔厚度以及提离距离对换能效率的影响.结果表明:减小基板厚度以及提离距离,增加线圈铜箔厚度可以提高EMAT换能效率.最后通过实验进行验证,仿真结果与实验基本一致.     

基于吸盘式脉冲电磁铁的EMAT实验研究

电磁铁式电磁超声传感器较永磁体式具有接触和移动性好、不易粘附杂物等优点,工程应用潜力巨大,然而目前对其研究开发较少.提出了一种基于吸盘式脉冲电磁铁的EMAT,能更好地适应环形线圈,实现超声波的激励与接收.建立了通用的脉冲电磁铁式电磁超声传感器检测实验系统,在铁磁性材料和非铁磁性材料上进行了脉冲回波式检测实验,验证了传感器的有效性.研究了主要影响因素(被检材料、励磁电流和提离距离)对此种传感器检测信号的影响规律,结果表明此种传感器在铁磁性材料上的换能效率远大于非铁磁性材料上的换能效率;一定范围内传感器检测信号幅度随励磁电流线性增加,随提离距离呈反比函数关系衰减.     

跑道形线圈EMAT辐射声场关键影响因素研究

跑道形线圈是EMAT中一种重要线圈类型,由于其自身形状的特殊性,磁体配置方式与激励电流频率都对其辐射声场具有重要影响,所以首先建立跑道形线圈EMAT电－磁－声多场耦合有限元时域仿真模型,探究不同磁体配置方式下辐射声场的分布,然后建立频域仿真模型,研究激励电流频率对跑道形线圈EMAT辐射声场特性的影响,最后搭建EMAT辐射声场测量实验系统,对跑道形线圈EMAT辐射声场进行测量。研究结果表明:两种磁体配置方式的跑道形线圈EMAT具有类似辐射声场,但双磁铁配置下的跑道形线圈EMAT辐射声场能量更为集中,声场指向性更好。此外,随着激励电流频率的提高,跑道形线圈EMAT辐射声场能量降低,辐射声场扩散角减小,辐射声场能量更为集中。     

偏置磁场对Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器性能的影响

利用Fe-Ga合金应变大、驱动简单和磁机耦合系数高的优点制成的Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器是一种新型导波 检测装置,为提高传感器的换能效率,结合Fe-Ga合金材料的非线性本构关系,并且通过实验测量Fe-Ga合金材料的静态特性,初步得到了 Fe-Ga合金材料工作的最佳磁场强度范围,将Fe-Ga合金材料的非线性本构关系耦合到导波传感器中,建立了 Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器激励、传播、接收的模型。通过分析传感器永磁体的提离效应,得出最佳提离距离为2.5ｍｍ,通过对接收电压及应变的分析,得到了传感器的永磁体剩余磁场强度为 1.0Ｔ,选取非均匀分布的静态偏置磁场大小为1.0Ｔ,提离距离为2.5ｍｍ,仿真计算得到接收端的电压峰值为 0.15Ｖ。     

基于EMAT等效电路模型的耦合分析

电磁超声换能器通过电磁耦合的机理在金属试件上激励、接收超声波。基于EMAT的工作原理,可建立EMAT的等效电路模型,将偏置磁场、激励线圈、金属试样三者间的耦合视为一个等效电路。在这种耦合作用下,等效阻抗会受到金属试样材料属性、线圈提离及偏置磁场等因素的影响。针对不同材质的金属试样及不同提离高度的情况进行实验测试,分析了试样材料参数和提离高度对电磁耦合的影响,给EMAT的优化设计提供帮助。     

电磁超声换能器优化设计与板状结构损伤成像应用研究

提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列.由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一S0模态兰姆波.实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对S0模态兰姆波性能的影响.另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响.结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好.     

相关法目标距离估计仿真技术研究

对主动水声探测设备来说,目标距离是最重要的估计参数,随着计算机技术的发展,仿真技术在目标测距研究中得到了越来越广泛的应用。文中介绍了一种对相关法目标距离估计方法进行数字仿真研究的新方法。采用以任意型离散阵和LFM信号为基础的目标回波信号的多亮点模型,并通过6元线列阵作为接收基阵进行接收。在不同的多普勒频移的情况下,分别在不同的信噪比上进行了目标距离的相关仿真估计。在此基础上编制了仿真软件,进行了大量的仿真试验,试验的结果验证了所提方法的实用性和有效性。     

Barker码脉冲压缩技术在铝合金电磁超声表面波检测的应用研究

针对高温铝合金铸锻件在大提离、表面粗糙等恶劣条件下进行在线、快速检测时电磁超声检测回波信噪比差这一问题,建立了基于Barker码脉冲压缩技术的曲折线圈电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer, EMAT)检测过程有限元模型。采用正交试验表,分析了Barker码码元周期数、EMAT设计参数等对脉冲压缩后的主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取了主瓣峰值/主瓣宽度最佳的EMAT参数组合,并通过实验加以验证;比较了不同同步平均次数和提离距离时传统猝发音驱动方式和Barker码脉冲压缩技术对应的检测回波信噪比,并验证了Barker码脉冲压缩技术在无同步平均条件下对长5 mm×宽1 mm×深0.5 mm裂纹的检测能力。结果表明：在提离为0.3 mm时,与16次同步平均抑噪的猝发音驱动方式相比,采用Barker码脉冲压缩技术在无同步平均条件下可以将超声回波信噪比提高4.0 dB。在提离为1.3 mm和无同步平均的条件下,猝发音驱动方式难以获取足够信噪比的超声回波,而通过Barker码脉冲压缩技术则可以将超声回波的信噪比提高20.3 dB。对于长5 mm×宽...     

基于多重相关法的涡流阵列传感器信号处理研究

分析了多重相关法的基本原理,搭建了用于测试一种平面涡流阵列传感器提离效应的实验平台,并采用多重相关法对其多通道含噪声输出信号进行消噪处理,提取出多通道输出信号同激励输入信号幅值比和相位差信息,并分析了提离距离对输出信号的影响。研究结果表明:将多重相关法应用于该平面涡流阵列传感器的多通道含噪声输出信号的消噪处理效果明显,该算法大大提高弱强度、强背景噪声信号的信噪比;随提离距离的增加,阵列传感器各通道输出信号同激励输入信号的幅值比单调递增,而相位差基本保持不变,这些规律为该传感器的进一步研究与应用提供了参考。     

增强SH波电磁超声传感器信号的方法与实验

电磁超声传感器技术作为一种非接触无损测量方法,可用于恶劣工况的无损检测,尤其是可以实现水平剪切(SH)波的激励和接收。基于磁致伸缩效应的常规SH波电磁超声传感器信号较弱,为得到较强SH信号,改善信噪比,提出了一种增强电磁超声传感器信号的方法。该方法是在主永久磁铁闭合磁路上施加辅助永久磁铁,提高电磁超声线圈下部构件磁化强度,从而增强信号。实验证明:此方法可以使信号得到明显增强,并且有助于提高缺陷检测能力。     

永磁同步电动机直接转矩控制的效率优化

针对永磁同步电动机在轻载、高速运行时效率和功率因数下降的问题,提出了一种永磁同步电动机直接转矩控制效率优化策略。该策略通过分析电动机损耗与转矩、转速和定子磁链之间的关系,建立了考虑铁损的永磁同步电动机数学模型,导出了效率最优时的定子磁链幅值;将最优定子磁链计算模块嵌入直接转矩控制系统,构成了效率最优的永磁同步电动机直接转矩控制调速系统。仿真结果表明,该优化策略能有效降低永磁同步电动机功率损耗,提高电动机的运行效率。     

永磁同步电机脉振高频电压注入转子位置检测

永磁同步电机的转子位置检测精度直接决定了电机能否平滑起动,为提高转子位置检测精度,提出了基于脉振高频电压注入的表贴式永磁同步电机转子位置检测方法。向永磁同步电机定子绕组中注入脉振高频电压信号,通过电机d、q轴磁路饱和程度的差异,实现永磁同步电机转子初始位置的检测。实验结果表明提出方法的转子位置检测精度高,适用于永磁同步电机的无传感器起动及低转速稳态运行。     

基于遗传粒子群的永磁低速直线电机优化研究

本文以改善电机效率和降低永磁低速直线电机制造成本为优化设计目标,把单台电机造价和电机电磁推力的比值作为目标函数,由于目标函数的优化变量多,参数间相互约束,目标函数复杂等特点,因此本文采用遗传粒子群算法对永磁低速直线电机进行优化设计,通过对两种设计仿真结果对比证明了该算法在提高电机电磁性能,降低制造成本方面有明显的优越性。     

采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析

电磁超声换能器(EMAT)的线圈探头是激发和接收检测信号的传感器,为获得满足检测需要的具有一定频率和幅值的超声信号,需要对线圈探头进行合理的结构设计,以提高检测效率。在介绍RLC脉冲激励源原理的基础上,提出了空心圆柱线圈探头,并针对探头在激励和换能过程中的双重作用,详细分析了线圈探头的各种参数对激励信号源和检测效能的影响,为采用RLC脉冲放电激励的线圈探头设计提供了理论和实际指导。依据分析结果,设计了探头线圈和实验检测系统,证明了理论分析的正确性。     

基于Adaboost算法的永磁同步电机匝间短路故障诊断

Adaboost算法作为机器学习算法的一种,它能够通过集成提升算法精度。讨论了Adaboost算法的结构及其特点以及对永磁同步电机匝间短路故障数据的处理以及建模,实现永磁同步电机匝间短路故障诊断预测功能。实验结果显示:利用Adaboost算法对永磁同步电机进行监测,在永磁同步电机发生匝间短路故障前对可能发生匝间短路故障的隐患进行预测,可以在永磁同步电机应用的各个场合进行应用,减少因匝间短路故障给工业生产带来的影响。     

Fault tolerant control for joint structure in PEMS high speed maglev train

The PEMS high speed maglev train, which features a permanent magnet inside an electromagnet, is a new kind of maglev train for long distance intercity transportation. The joint structure, which consists of two single levitation sub‐systems, is the fundamental levitation unit. Two kinds of faults are considered and corresponding fault tolerant control strategies are proposed. The first fault condition is when a gap sensor that is part of a single levitation system is faulty. For this kind of fault, a fault tolerant control strategy based on signal reconfiguration is proposed. The second fault condition is when the whole of a single levitation sub‐system is faulty. Under this condition, a faulty model is firstly established, then a fault tolerant control strategy is designed. When this kind of fault is detected, a switch from the normal controller to the fault tolerant controller can make the faulty system stable.