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电磁超声无损检测技术的研究与实验

作　者: 高潮
导　师: 陈世利
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器与机械
关键词: 无损检测电磁超声有限元仿真激励电路
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 319次
引　用: 1次
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内容摘要

电磁超声(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)是无损检测领域出现的新技术,以其精度高、不需要耦合剂、非接触、适合于高温检测、移动检测和相控阵操作,以及容易激发各种超声波型等优点,具有广泛的应用前景,正越来越受到人们的关注和重视。论文以电磁超声无损检测技术为对象进行研究。本文首先介绍了电磁超声技术发展的应用的历史,在总结前人成果的基础之上,研究了电磁超声系统的基本理论。电磁超声换能器是由磁铁、激励线圈和被测试件三部分构成,利用数学方法对三者之间的场效应进行分析研究,并对磁铁和线圈进行有限元仿真分析,为EMAT试验系统的设计奠定了理论基础。在理论研究、模型仿真的基础之上,对EMAT试验系统进行设计。系统中EMAT选择U形交流电磁铁和蛇形曲折线圈构成,并设计了换能器的装配。利用MAX038芯片设计了猝发式脉冲序列发生电路,并匹配了相应的功率放大电路。接收电路由二极管限幅电路、两级差分放大电路和选频放大电路组成。经过处理后的接收信号由TDS5034B型示波器接收显示。利用实验系统对钢板进行表面裂纹检测实验。通过平均算法对接收信号进行平滑滤波,对不同激励频率、励磁电压和提离距离下的检测结果进行分析,研究了各种参数对检测效果的影响,对前文的理论分析和仿真结果进行验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究的目的和意义  7-8
  1.2 电磁超声技术国内外研究现状  8-10
  1.3 本课题的主要研究内容  10-12
第二章 EMAT 的基本原理  12-23
  2.1 EMAT 的发射和接收原理  12-14
    2.1.1 洛伦兹力方式  12-13
    2.1.2 磁致伸缩力方式  13-14
  2.2 EMAT 的数值分析  14-19
    2.2.1 磁铁作用的数值分析  14-16
    2.2.2 EMAT 激励线圈的数值分析  16-18
    2.2.3 被测试件中力场的数值分析  18-19
  2.3 EMAT 检测中常用的波形  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 EMAT 的有限元仿真  23-37
  3.1 电磁超声中场量的计算  23-25
  3.2 EMAT 的ANSYS 仿真  25-36
    3.2.1 偏置磁场的有限元仿真  25-29
    3.2.2 EMAT 的有限元仿真  29-34
    3.2.3 线圈感生涡流场的仿真  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章电磁超声实验系统的设计  37-54
  4.1 EMAT 试验装置系统的设计  37-38
  4.2 EMAT 换能器  38-42
    4.2.1 换能器中磁铁的选择  38-39
    4.2.2 换能器中激励线圈的选择  39-41
    4.2.3 换能器参数的确定和装配  41-42
  4.3 EMAT 信号激励系统的研究和设计  42-51
    4.3.1 猝发式脉冲发生电路的设计  42-48
    4.3.2 功率放大电路的设计  48-49
    4.3.3 发射线圈的阻抗匹配  49-50
    4.3.4 总结  50-51
  4.4 EMAT 信号接收部分  51-52
  4.5 本章小结  52-54
第五章电磁超声的裂纹检测实验  54-63
  5.1 引言  54-55
  5.2 EMAT 实验系统的接收信号及其处理方法  55-57
  5.3 EMAT 实验系统的裂纹检测实验  57-62
    5.3.1 裂纹检测实验  57-58
    5.3.2 偏置磁场大小对回波信号的影响  58-59
    5.3.3 激励频率对检测效果的影响  59-61
    5.3.4 提离距离对缺陷检测的影响  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
  发表的论文  69
  参加的科研情况  69-70
致谢  70

电磁超声无损检测技术的研究与实验

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