【摘要】：金屬板材是重要的工業(yè)原材料,需要采用無損檢測方法保證質量。傳統(tǒng)壓電超聲技術由于耦合劑限制難以應用于高溫、自動化等場合。電磁超聲技術無需耦合劑,但單一換能器存在換能效率低、聲束控制能力差的問題。將電磁超聲技術與相控陣技術結合的電磁超聲相控陣技術既能夠彌補壓電超聲技術不足,又具備較強的聲束控制能力。然而目前電磁超聲相控陣換能器理論研究不足,無法指導電磁超聲相控陣換能器設計,而電磁超聲相控陣實驗平臺匱乏又進一步限制了電磁超聲相控陣技術發(fā)展。針對以上不足,本文將研究用于板材缺陷檢測的電磁超聲相控陣換能器設計技術。針對目前電磁超聲相控陣換能器理論研究不足、聲場特點不明確的問題,提出電磁超聲相控陣換能器有限元建模方法。該方法在分析相控陣技術原理和單陣元電磁超聲換能器聲場分布的基礎上,確定電磁超聲相控陣換能器結構,進而建立其時域與頻域的二維有限元模型,仿真得到其聲場分布特點。針對電磁超聲相控陣換能器陣列參數(shù)設計缺乏理論指導的現(xiàn)狀,采用有限元方法仿真分析不同陣列參數(shù)下電磁超聲相控陣聲場變化規(guī)律。在確定相控陣聲場評價方法基礎上,仿真分析陣元間距、陣元寬度、陣元數(shù)量對于電磁超聲相控陣激發(fā)聲場的影響,據(jù)此提出電磁超聲相控陣換能器設計方法,該方法能夠為電磁超聲相控陣技術的實用化奠定良好的基礎。針對目前電磁超聲相控陣實驗平臺匱乏的問題,設計電磁超聲相控陣實驗平臺。結合電磁超聲相控陣技術特點,確定電磁超聲相控陣實驗平臺總體方案與關鍵參數(shù);設計八通道電磁超聲相控發(fā)射電路,實現(xiàn)多通道高精度相控延時發(fā)射;完成八通道電磁超聲可控接收電路制作,對電磁超聲信號進行可控低噪聲放大;編寫上位機軟件控制整個實驗平臺。搭建電磁超聲相控陣聲場測量平臺,驗證仿真模型與陣列參數(shù)聲場影響規(guī)律的正確性;搭建電磁超聲相控陣扇形掃描平臺,對板材底部寬、深均為2mm的槽缺陷進行扇形掃描成像。實驗結果表明,本文所設計的電磁超聲相控陣換能器能夠有效進行板材缺陷檢測。
【圖文】：

人設計了 32 通道電磁超聲 SH 波相控陣，其實物圖如 1-1 所示。該系統(tǒng)單通道發(fā)射功率可達 3kW，最大發(fā)射頻率 5MHz。該系統(tǒng)對焊縫中缺陷有著較高的敏感度，其最高工作溫度可達 150℃，該系統(tǒng)能夠在焊接完成后高溫狀態(tài)下立即進行檢測[28]。上述兩套系統(tǒng)雖然能夠實現(xiàn)缺陷檢測，，但均采用了分立式電磁超聲換能器，體積龐大。電磁超聲換能器由于磁鐵的限制體積較大，分立式換能器結構使相控陣陣元間距較大，因而相控陣陣元產生聲波需要通過較長距離才能形成干涉，增大了相控陣檢測的盲區(qū)。

圖 1-2 Innerspec 公司設計的 8 通道電磁超聲相控陣雖然印刷電路板線圈能夠很好的控制工藝參數(shù)，但其無法疊繞限制了電磁聲相控陣換能器的收發(fā)功率。為此，英國帝國理工大學的 J. Isla 采用骨架線圈繞了八通道 SV 波電磁超聲相控陣換能器，采用閉合線圈充當單個陣元，其結構如1-3 所示。J Isla 利用脈沖壓縮技術收發(fā)電磁超聲，成功實現(xiàn)了板材槽缺陷的扇形
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB552

【參考文獻】

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本文編號：2599762