本文關(guān)鍵詞：帶液芯鑄坯凝固厚度電磁超聲檢測(cè)方法研究

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【摘要】：作為新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),電磁超聲憑借其無(wú)接觸、無(wú)需耦合劑以及易于產(chǎn)生各種類型的超聲波的特點(diǎn),在各個(gè)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力,得到了無(wú)損檢測(cè)工作者們廣泛的關(guān)注。也因?yàn)殡姶懦晸Q能器可以適應(yīng)高溫高速環(huán)境的優(yōu)點(diǎn),使其特別適用于連鑄坯凝固坯殼厚度檢測(cè)。本文以帶液芯鑄坯為研究對(duì)象,從EMAT(Electro Magnetic Acoustic Transducer)探頭設(shè)計(jì)出發(fā),并根據(jù)連鑄坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),通過(guò)理論建模、有限元仿真以及電磁超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn),研究了帶液芯鑄坯電磁超聲傳輸特征及凝固坯殼厚度傳感機(jī)理。研究結(jié)果可為凝固坯殼厚度在線無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及相關(guān)工業(yè)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。本文首先研究了基于洛倫茲力機(jī)理的電磁超聲換能器,采用有利于激發(fā)縱波的橫向磁鐵和跑道線圈組合,對(duì)其工作機(jī)理和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行二維建模和有限元仿真分析,從點(diǎn)、線、面的角度考察了EMAT中磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、洛倫茲力場(chǎng)和質(zhì)點(diǎn)位移場(chǎng)各方向分量的分布特性,并比較了不同參數(shù)對(duì)換能器性能的影響,給出了設(shè)計(jì)該類EMAT探頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化值,用于指導(dǎo)后續(xù)激勵(lì)探頭的設(shè)計(jì)。根據(jù)帶液芯鑄坯的特點(diǎn),將其抽象為固-液-固模型。通過(guò)將激勵(lì)探頭和接收探頭視為點(diǎn)源,將超聲波傳播視為射線的折射和反射,并考慮鑄坯的實(shí)際工況,經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和有限元仿真得到激勵(lì)探頭安裝位置、超聲波入射角度以及接收探頭安裝范圍的關(guān)系,并提取了超聲波在不同厚度的固-液-固模型的回波信號(hào)特征。在EMAT超聲回波信號(hào)處理方面,本文通過(guò)采用基于包絡(luò)的參數(shù)估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)反映凝固坯殼厚度的時(shí)延參數(shù)的估計(jì),并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn),分析了不同厚度的估計(jì)精度和計(jì)算時(shí)間。在仿真中,采用高斯回波模型、小波去噪、希爾伯特包絡(luò)提取、最小二乘估計(jì)以及高斯牛頓迭代實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)延參數(shù)的高精度估計(jì),并比較了是否采用去噪,是否提取包絡(luò)兩種情況對(duì)估計(jì)結(jié)果的影響,驗(yàn)證了本文信號(hào)處理算法的可行性。為驗(yàn)證理論推導(dǎo)和仿真模型的正確性,并針對(duì)電磁超聲檢測(cè)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的較高要求,文中設(shè)計(jì)了基于STM32的頻率可控、周波數(shù)可控以及脈沖占空比可控的激勵(lì)電源用于完成凝固坯殼厚度的模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)量,測(cè)量結(jié)果具有較高精度,驗(yàn)證了理論模型的有效性以及檢測(cè)方法的可行性。
【關(guān)鍵詞】：連鑄 厚度測(cè)量 無(wú)損檢測(cè) EMAT 參數(shù)估計(jì)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG247
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題來(lái)源及研究目的8
• 1.2 連鑄坯凝固坯殼厚度檢測(cè)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀8-11
• 1.3 電磁超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀11-13
• 1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 2 電磁超聲換能器(EMAT)14-36
• 2.1 電磁超聲換能器的優(yōu)缺點(diǎn)14-15
• 2.1.1 電磁超聲換能器的優(yōu)點(diǎn)14
• 2.1.2 電磁超聲換能器的缺點(diǎn)14-15
• 2.2 電磁超聲換能理論基礎(chǔ)15-21
• 2.2.1 EMAT激發(fā)機(jī)理15-20
• 2.2.2 EMAT接收機(jī)理20-21
• 2.3 電磁超聲換能器二維模型分析21-34
• 2.3.1 EMAT二維模型建模21-24
• 2.3.2 二維模型有限元仿真24-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 3 帶液芯鑄坯超聲傳輸建模分析36-52
• 3.1 帶液芯鑄坯電磁超聲檢測(cè)技術(shù)36-47
• 3.1.1 帶液芯鑄坯超聲傳輸譜線建模36-43
• 3.1.2 帶液芯鑄坯超聲傳輸譜線數(shù)值仿真分析43-47
• 3.2 帶液芯鑄坯模型的有限元仿真分析47-51
• 3.2.1 振痕模型47-50
• 3.2.2 液芯模型50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 4 凝固坯殼厚度檢測(cè)算法與仿真52-64
• 4.1 回波信號(hào)的高斯模型52-53
• 4.2 包絡(luò)提取與去噪算法53-59
• 4.2.1 希爾伯特變換53-56
• 4.2.2 小波去噪56-59
• 4.3 參數(shù)估計(jì)算法59-61
• 4.3.1 最小二乘估計(jì)原理59-60
• 4.3.2 回波信號(hào)的時(shí)延參數(shù)估計(jì)60-61
• 4.4 仿真分析61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-78
• 5.1 激勵(lì)電源設(shè)計(jì)64-70
• 5.1.1 激勵(lì)電路64-67
• 5.1.2 阻抗匹配67-70
• 5.2 振痕模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.3 凝固坯殼厚度測(cè)量模擬實(shí)驗(yàn)71-75
• 5.4 本章小結(jié)75-78
• 6 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 總結(jié)78-79
• 6.2 展望79-80
• 致謝80-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 附錄88
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄88
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄88

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本文編號(hào)：648158