【摘要】：隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快與工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,無損檢測技術(shù)的重要性逐漸顯現(xiàn)。無損檢測(NDT)是一種檢測試件缺陷和老化而不損壞被測試件的重要技術(shù)。當(dāng)前我們正面臨著結(jié)構(gòu)缺陷引起的嚴(yán)重問題,故檢測試件的疲勞、應(yīng)力、熱老化、腐蝕等導(dǎo)致的組織缺陷具有十分重要的意義。在傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)中,超聲波測試(UT)是應(yīng)用于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)(如管道和固化外殼)的最常見的無損檢測技術(shù),這確保了關(guān)鍵部件的安全性,避免了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染。常見的超聲檢測方法包括壓電檢測和電磁超聲檢測。壓電檢測技術(shù)存在著一些明顯的缺點,如在檢測過程中必須使用耦合劑,換能器與空氣層、空氣層與試件之間存在著較大的聲阻抗,用于激發(fā)的能量無法完全傳遞。與壓電檢測技術(shù)相比,電磁超聲換能器(EMAT)最大的優(yōu)勢就是不需要耦合劑且并且可以非接觸檢測。但同時,電磁超聲檢測技術(shù)存在具有固有的缺點,即能量轉(zhuǎn)換效率低、回波信號幅度低、信噪比較低等,這些是在設(shè)計電磁超聲檢測試系統(tǒng)時不可忽視的地方。本文針對現(xiàn)有電磁超聲檢測系統(tǒng)匱乏、傳統(tǒng)換能器回波信號幅值低、缺陷空間分辨率不高等問題,設(shè)計了一種能夠使用聚焦換能器的電磁超聲檢測平臺。本文首先論述了電磁超聲換能機(jī)理和兩種聚焦換能器工作原理,使用三維與二維軟件構(gòu)建出了聚焦型換能器的空間與平面結(jié)構(gòu),并將其導(dǎo)入到COMSOL多物理場仿真軟件中,對聚焦型換能器的多項參數(shù)如永磁鐵尺寸等進(jìn)行仿真優(yōu)化,構(gòu)建出其聚焦聲場模型,進(jìn)一步提高了其理論可行性。在電磁超聲檢測試驗平臺的硬件系統(tǒng)設(shè)計中,首先根據(jù)FPGA內(nèi)控件PLL的基本原理,設(shè)計出了頻率、占空比、周波數(shù)等可調(diào)的穩(wěn)定時鐘信號;為防止后端高壓電路沖擊前端FPGA控制電路,設(shè)計了可阻隔前后端直接聯(lián)系的光耦電路;為提高驅(qū)動N型MOS管的能力,采用了MOS管專用驅(qū)動芯片,極大的提高了驅(qū)動MOS管的能力;然后設(shè)計出了由四個MOS管組成的可以將直流信號變?yōu)榻涣餍盘柕娜珮蚰孀冝D(zhuǎn)換電路,輸出高頻、高壓、大電流的脈沖激勵信號。在信號調(diào)理電路中,首先設(shè)計能夠放大回波信號的三級放大電路。然后選用了一個中心頻率可調(diào)的帶通濾波器,用于回波信號的濾波處理。使用Labview軟件設(shè)計了可用于觀察信號波形的顯示界面,可用于實時觀測缺陷波形。在帶有人工制造缺陷的鋁板上分別進(jìn)行了壓電超聲、常規(guī)型EMAT、聚焦型EMAT的檢測試驗,檢測結(jié)果表明聚焦型EMAT回波幅值高于常規(guī)型EMAT,具有明顯的聚焦效果,實用效果突出。
【圖文】：

到了明顯的聚焦現(xiàn)象[4]，如圖 1-1 所示。1998、1999 年，Ogi 等提出了一種可增強(qiáng)SV波指向性的線聚焦 EMAT，它通過在固定頻率下不斷改變曲折線圈間使激發(fā)的 SV 波聚焦成一條線，然后沿著對角線路徑在固體中傳播。其輻射指性測量結(jié)果表明聚焦EMAT的回波峰值比具有等間距線圈的EMAT更尖銳[172015 年，Takishita 等人提出了點聚焦剪切垂直（ PFSV）波電磁聲換能（PFSV-EMAT），，成功的檢測出至少 0.05mm 以下的焊縫缺陷，并通過測量缺底部表面的振幅分布、缺陷側(cè)向的振幅分布以及缺陷周圍的振幅分布來評價聚面積的大小[23]。2016 年，Thring 等提出了一種具有恒定線圈間距的點聚焦瑞波 EMAT，并討論了線圈孔徑角與聚焦行為之間的關(guān)系，但分析并不全面[19同年，Nakamura 等人設(shè)計了用于檢測耐腐蝕性不銹鋼管的點聚焦 EMAT，利點聚焦技術(shù)和 SV 波的干擾研究了 PFSV-EMAT 缺陷檢測的最佳頻率及其可檢性[25]。2018 年，Jia 等從孔徑角和焦深對點聚焦剪切垂直波電磁超聲換能器性進(jìn)行了研究，得到了較大的孔徑角可以提升信號幅值的結(jié)論。后又研究了驅(qū)動率對 PF-EMAT 生成波形的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了 PF-EMAT 具有固有的干擾特性產(chǎn)生的超聲波的類型可以通過簡單地改變輸入信號的頻率來控制。

南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論年李爽等用了 CPLD 和 EPM1270 芯片設(shè)計了一種激勵頻率為 500kHz，可輸出電流峰值為 3A 左右的激勵系統(tǒng)[32]。2012 年，姜海君提出一種使用 NiosⅡ軟核處理器及各種外圍模塊構(gòu)建嵌入式處理器系統(tǒng)的方法，同時使用了 SOPC 技術(shù)設(shè)計了軟硬件系統(tǒng)，但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，實用性不高[33]。2015 年，楊勝等使用恒壓電容開發(fā)出了充放電電源，并設(shè)計了數(shù)控模塊。同時對電路調(diào)試中遇到的問題給出了解決方案，實現(xiàn)了微弱回聲信號提取的目標(biāo)[34]。2016 年，范吉志等人研究了等人研究了基板厚度，銅箔厚度和提升距離對電磁超聲波 EMAT 中雙層疊加螺旋線圈轉(zhuǎn)換效率的影響，結(jié)果表明了基板厚度越薄、銅箔厚度越厚、降低提離距離會顯著提升回波信號的幅值[35]。2017 年，易振凱等人采用激勵線圈放電電路、脈沖選擇控制電路和 BOOST 升壓電路設(shè)計了電磁超聲檢測系統(tǒng)的脈沖電路系統(tǒng)[36]。2018 年，劉素貞提出了一種基于 LabVIEW 的缺陷在線識別方法，實現(xiàn)了電磁超聲缺陷識別的成像、數(shù)字化、智能化和系統(tǒng)化[37]。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH878.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張亮;;淺談超聲檢測中靈敏度的調(diào)節(jié)[J];常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2010年04期

2 殷立君;;超聲檢測對原發(fā)性高血壓患者頸動脈粥樣硬化的臨床分析[J];影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用;2017年07期

3 喻星星;曹艷;鄒利民;江茫;;對接崗位下的“超聲檢測”課程教學(xué)設(shè)計[J];考試周刊;2018年25期

4 潘曉冬;冉e

本文編號：2652224