電磁超聲換能器動(dòng)態(tài)阻抗匹配系統(tǒng)研究.pdf

1、本文針對(duì)用于高溫連鑄坯殼厚度測(cè)量的電磁超聲換能器（EMAT）輸入阻抗受環(huán)境因素影響引起在連鑄坯中激發(fā)的超聲波能量減弱的問(wèn)題進(jìn)行了研究。高溫環(huán)境中，EMAT的輸入阻抗會(huì)隨著溫度、負(fù)載、寄生參數(shù)和提離等因素的不同而變化，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源輸出阻抗和換能器輸入阻抗不匹配時(shí)激勵(lì)信號(hào)會(huì)在傳輸線路上發(fā)生反射，形成駐波，導(dǎo)致?lián)Q能器效率降低和連鑄坯內(nèi)部的超聲波能量發(fā)生損耗，不能滿足檢測(cè)超聲的功率要求，從而影響連鑄坯厚度測(cè)量精度。為此對(duì)EMAT的阻抗特性進(jìn)行了研

2、究，設(shè)計(jì)了一種根據(jù)超聲回波能量即回波包絡(luò)幅值反饋控制的動(dòng)態(tài)阻抗匹配系統(tǒng)，并調(diào)整其匹配速度和匹配精度，提高了EMAT的換能效率，具有較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，一方面對(duì)常溫環(huán)境下的EMAT回折型線圈采用有限元的方法進(jìn)行阻抗特性計(jì)算，同時(shí)給出分布電容的大小，進(jìn)而確定出特定頻率下的匹配電容值，讓換能器工作在靜態(tài)阻抗匹配狀態(tài)。另一方面利用阻抗分析儀MICROTEST6379測(cè)量匹配線圈在不同提離高度、不同試樣溫度和試樣有無(wú)缺陷條件下的

3、阻抗變化規(guī)律。對(duì)比較成熟的幾種阻抗匹配方式，然后確定了Г型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，建立PicoScope5444A采集的超聲回波能量與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之間的動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，在實(shí)驗(yàn)室超聲激勵(lì)電源基礎(chǔ)上搭建動(dòng)態(tài)阻抗匹配實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)PicoScope采集的超聲回波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)分析，提取主波幅值作為反饋輸入動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用改進(jìn)的爬山算法不斷解算出新解，通過(guò)微控制器實(shí)時(shí)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)，搜索優(yōu)化出全局最優(yōu)解，最終達(dá)到驅(qū)動(dòng)輸出和換能器輸入間的