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基于电磁超声横波的金属板厚度检测技术研究

作　者: 臧慧
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 横波 厚度测量 有限元分析 阈值去噪法
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电磁超声是近几十年内刚刚兴起的一种新型无损检测技术，该技术以其无接触、无耦合、可移动进行在线检测、可在高温环境下检测等众多优势在工业生产中被广泛应用。电磁超声灵活的产生各种波模使得对设备等的在线检测评价具有全面性和可靠性。电磁超声对设备的厚度检测能够避免裂纹检测的单一性缺陷，适用于大面积腐蚀检测，将厚度检测与裂纹检测集中于同一检测探头下，使得检测更详细和可靠。本文从理论着手研究电磁超声横波分别在铁磁性材料和非铁磁性材料中的激发原理，将软件仿真与实验相结合确定合适的电磁超声换能器模型结构与尺寸。为了避免盲目的仿真工作，以正交试验优化设计方法为指导进行换能器模型仿真，确定横波的传播形状和传播方向。在仿真过程中，分别研究了换能器线圈形状、线圈间距、根数、永磁体尺寸等一系列不同因素不同水平条件下，它们对换能效率带来的不同影响并从中总结出换能器的设计标准，确定了当永磁体一定时，线圈面积与提离距离满足一定关系时换能器所激发的效率最高；当线圈提离距离一定时，线圈面积与永磁体面积满足一定比例时，换能器激发效率最大。据此对换能器模型尺寸进行优化，通过试验验证分别在铝板和钢板上进行厚度检测试验，并得到稳定的检测信号。检测信号的回波次数可达9次，优化后的电磁超声换能器得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍。由于电磁超声检测灵敏度高，很容易在检测过程中引入噪声，针对检测信号含有噪声的问题，采用加权平均小波阈值方法对其进行消噪处理，处理后的信号信噪比可达9.4441比传统消噪方法处理后的信噪比高2.6，均方根误差为0.0206。仿真与实验表明，通过ANSYS有限元分析了横波的传播形式与方向，证明其可以适用于厚度检测，并以洛伦兹力为优化指标优化换能器线圈结构，并且实现了对不同材料的金属板厚度的检测。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题的提出及意义  10-11
  1.2 电磁超声技术国内外发展现状  11-13
    1.2.1 电磁超声技术的国外研究状况  11-12
    1.2.2 电磁超声技术的国内研究状况  12-13
  1.3 电磁超声技术的特点与应用  13-15
  1.4 论文的主要内容及章节安排  15-17
    1.4.1 论文的主要内容  15-16
    1.4.2 论文章节安排  16-17
第二章 电磁超声检测技术的理论研究  17-33
  2.1 电磁超声理论概述  17-21
    2.1.1 电磁超声基本理论  17-19
    2.1.2 电磁超声波模及应用  19-21
  2.2 电磁超声横波测厚基本理论  21-27
    2.2.1 电磁超声横波机理  21-22
    2.2.2 电磁超声横波的数学定义  22-26
    2.2.3 测厚理论研究  26-27
  2.3 电磁超声换能器的结构  27-30
    2.3.1 静态磁场  27
    2.3.2 激励线圈  27-30
  2.4 电磁超声换能器的数学模型  30-32
    2.4.1 电磁超声换能器的换能过程  30-31
    2.4.2 换能过程的数学描述  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章 电磁超声横波换能器的仿真分析  33-49
  3.1 电磁超声横波换能器的三维实体建模  33-37
  3.2 电磁超声横波换能器的仿真结果分析  37-40
  3.3 电磁超声横波换能器的结构优化  40-48
    3.3.1 各参数因素对换能效率的影响  41-44
    3.3.2 永磁体与线圈对换能效率的影响  44-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 电磁超声回波信号的处理  49-63
  4.1 超声无损检测中信号的处理方法  49-50
  4.2 小波分析的基本理论  50-52
    4.2.1 小波分析  51
    4.2.2 多分辨率分析与 Mallat 算法  51-52
  4.3 常用的小波消噪方法  52-55
    4.3.1 小波变换模极大值去噪法  53
    4.3.2 小波分解与重构法  53-54
    4.3.3 小波阈值法  54-55
  4.4 改进的阈值去噪法在电磁超声回波信号中的应用  55-62
    4.4.1 信号的分解  57
    4.4.2 阈值的选择  57-58
    4.4.3 信号的重构  58-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 实验验证与结果分析  63-72
  5.1 实验操作  63-66
  5.2 实验结果与分析  66-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章 结论  72-73
参考文献  73-76
附录 A ANSYS 仿真部分程序  76-79
附录 B 小波消噪部分程序  79-81
在学研究成果  81-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统 > 超声波检测及其设备
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