帶液芯鑄坯凝固厚度電磁超聲檢測方法研究.pdf

1、作為新興的無損檢測技術(shù)，電磁超聲憑借其無接觸、無需耦合劑以及易于產(chǎn)生各種類型的超聲波的特點(diǎn)，在各個領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，得到了無損檢測工作者們廣泛的關(guān)注。也因為電磁超聲換能器可以適應(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。本文以帶液芯鑄坯為研究對象，從EMAT(Electro Magnetic Acoustic Transducer)探頭設(shè)計出發(fā)，并根據(jù)連鑄坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過理論建模、有限元仿真以及電磁超聲檢測實驗，研

2、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損檢測系統(tǒng)的開發(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、渦流場、洛倫茲力場和質(zhì)點(diǎn)位移場各方向分量的分布特性，并比較了不同參數(shù)對換能器性能的影響，給出了設(shè)計該類EMAT探頭

3、的結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化值，用于指導(dǎo)后續(xù)激勵探頭的設(shè)計。
　　根據(jù)帶液芯鑄坯的特點(diǎn)，將其抽象為固-液-固模型。通過將激勵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，并考慮鑄坯的實際工況，經(jīng)過理論計算和有限元仿真得到激勵探頭安裝位置、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-固模型的回波信號特征。
　　在 EMAT超聲回波信號處理方面，本文通過采用基于包絡(luò)的參數(shù)估計算法實現(xiàn)了對反映凝固坯

4、殼厚度的時延參數(shù)的估計，并通過仿真和實驗，分析了不同厚度的估計精度和計算時間。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、最小二乘估計以及高斯牛頓迭代實現(xiàn)了對時延參數(shù)的高精度估計，并比較了是否采用去噪，是否提取包絡(luò)兩種情況對估計結(jié)果的影響，驗證了本文信號處理算法的可行性。
　　為驗證理論推導(dǎo)和仿真模型的正確性，并針對電磁超聲檢測對激勵信號的較高要求，文中設(shè)計了基于STM32的頻率可控、周波數(shù)可控以及脈沖占空比可控的激勵