用于电磁超声测厚的脉冲压缩技术研究

论文摘要

金属制材广泛应用于航空航天、石油化工、机械制造等领域中,但其受到高温、高压以及介质腐蚀等影响,将导致材料厚度减薄,危及使用安全,故而需要对其进行厚度检测。电磁超声测厚技术因其无需耦合剂以及非接触等优点,适用于金属测厚。但是存在换能效率较低,尤其在高温环境以及低电压激励场合下,信号信噪比衰减很大。本文为提高电磁超声测厚信噪比,将脉冲压缩技术应用于电磁超声测厚中。然而,目前对电磁超声的脉冲压缩技术理论研究尚有不足,如缺乏电磁超声脉冲压缩数值模型,缺乏适用于脉冲压缩技术的电磁超声换能器设计方法,以及缺乏相应的实验测试平台。针对以上问题,本文重点开展了以下工作:针对电磁超声测厚的脉冲压缩理论研究不足的问题,建立用于电磁超声测厚的脉冲压缩模型。在对脉冲压缩算法和电磁超声测厚原理进行分析的基础上,设计适用于电磁超声测厚的脉冲压缩收发编码方法。同时,为了量化噪声对电磁超声信号影响,建立电磁超声接收信号的噪声模型,提出基于维纳滤波的脉冲压缩处理算法,建立电磁超声测厚的脉冲压缩数值建模。针对脉冲压缩测厚换能器的参数设计和激励-接收信号模型缺乏仿真研究的问题,采用有限元方法仿真研究换能器设计参数对换能效率的影响。据此确定测厚换能器的最优参数,然后对发射和接收电路进行建模仿真。然后,以13位巴克码激励信号为例,分析相应回波信号的脉冲压缩性能。针对用于电磁超声测厚的脉冲压缩编码设计研究较少的问题,建立电磁超声脉冲压缩模型和测厚换能器的有限元-电路联合模型,对脉冲压缩的子脉冲编码、发射编码以及接收编码进行设计和仿真研究,据此得到激励信号的编码方法,该方法能有效提高脉冲压缩性能,仿真表明信噪比提升可达30d B。针对缺乏基于脉冲压缩技术的电磁超声测厚实验系统的问题,设计相应的测厚实验系统。实验系统主要包括:任意二相编码激励的发射电路和可控的高增益放大接收电路。实验验证电磁超声脉冲压缩技术提高信号信噪比的可行性及有效性,能够实现5V低电压激励和450℃高温下的金属测厚。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏胜

导师: 王淑娟

关键词: 电磁超声,金属测厚,脉冲压缩,编码设计

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,工业通用技术及设备

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国防科工局“十三五”民用航天预研项目:超高温环境下金属材料失效特征在线监测及诊断技术,项目编号为JZKGJ20190004

分类号: O441;TB552

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002753

总页数: 83

文件大小: 3786K

下载量: 170

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