摘要:针对电磁超声换能器(EMAT)在纤维缠绕储氢气瓶在线监测中回波信噪比低、洛伦兹力机制失效等问题,提出了基于编码压缩的贴附式电磁超声水平剪切(SH)导波检测方法,通过有限元建模分析了 Barker 编码序列位数和码元载波周期、chirp信号脉宽和带宽、组合 Barker 码的组合方式对脉冲压缩信号的信噪比和分辨率的影响,并进行了实验验证,最后开展了纤维缠绕储氢气瓶中长 20 mm、宽 0. 5 mm、深 2 mm 裂纹检测实验。 结果表明,采用金属贴膜方式能有效解决 EMAT 在非金属材料中难以检测的难题;增加 Barker 码的序列位数和载波周期、增大 chirp 脉宽以及减小 chirp 带宽、增加组合 Barker 码的序列长度均可以提高脉压信号信噪比;经优化设计后,相较于传统 Tone-burst 激励方式,脉冲压缩技术可以将缺陷波信噪比至少提高20. 4 dB,在不同编码算法中,chirp 信号激励下的信噪比最高,达到了 23. 9 dB,采用 3×13 位组合 Barker 码时,脉压信号的主瓣宽度为 28. 8 μs,分辨率最高,但信噪比较低。

摘要:针对大型金属板材构件导波检测中 EMAT 分辨率低、SNR 差,难以用于小裂纹检测等难题,建立了基于 Barker 码脉冲压缩技术的 Lamb 波 EMAT 检测过程多物理场有限元模型,以含预制裂纹的 5. 6 mm 厚钢板为检测对象,仿真和实验相结合,研究了永磁体宽度和高度、曲折线圈匝数、Barker 码序列长度和码元长度等参数对 EMAT 检测回波的影响,验证了脉冲压缩技术在 Lamb 波 EMAT 检测中的有益效果。 结果表明,基于脉冲压缩技术的 EMAT 经优化后,SNR 比传统 tone-burst 激励方式高出了9. 69 dB,可检出 10 mm 长和 0. 5 mm 深的小裂纹,缺陷波 SNR 为 23. 47 dB。 当 Barker 码码元中心频率为 1 MHz 时,脉冲压缩后的 Lamb 波包发生模态分离,但 A0 模态的缺陷波 SNR 仍可达 35. 23 dB,这对提升 Lamb 波 EMAT 检测能力具有重要的工程应用价值。

摘要:钢轨踏面上的疲劳裂纹严重影响着列车行车安全。 针对如何快速有效地检测出踏面斜裂纹的问题,本文提出了一种快速检测钢轨踏面裂纹的方法。 首先分别建立了含高斯白噪声、正弦信号加高斯白噪声干扰的数学模型,分析了编码脉冲压缩、同步挤压小波变换和先同步挤压小波变换后脉冲压缩共 3 种信号处理方法的噪音抑制效果。 其次,为了验证上述方法对噪音的抑制能力,使用激励频率为 1 MHz 的表面波电磁超声换能器对含裂纹的钢轨踏面进行检测。 最后,以检测得到裂纹的超声回波为研究对象,比较了希尔伯特黄方法处理单一频率脉冲对应的超声回波信号和先同步挤压后脉冲压缩方法对应的降噪能力和超声成像效果。 实验结果表明:本文所提方法可以获得钢轨踏面裂纹的位置信息及其数量。 希尔伯特黄变换在处理无同步平均的原始超声回波时,由于回波信噪比低,经验模态分解(EMD)失效。 在以巴克码为激励信号且无同步平均采集的条件下,先进行同步挤压小波变换后脉冲压缩处理,得到的超声回波信噪比相较于只采用相位编码脉冲压缩提高了 6. 82 dB,相比于只做同步挤压小波变换提高了 11. 02 dB,能明显提升检测速度和 B 扫图像分辨率。

摘要:针对电磁超声换能器(EMAT)在高温、大提离、表面粗糙等恶劣环境下对枝晶粗大的铸锻件进行快速、在线检测时,超声回波的信噪比低和空间分辨力差等难题,建立了基于 chirp 信号激励的跑道线圈 EMAT 检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析了 EMAT 设计参数、chirp 信号带宽和脉宽等因素对检测回波脉冲压缩后的主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取了主瓣峰值主瓣宽度最佳的 EMAT 参数组合,并通过实验加以验证。 比较了 0. 5 MHz 猝发音激励信号在不同同步平均次数条件下,以及 chirp 脉冲压缩在不同提离且无同步平均条件下对 Φ4 平底孔的检测能力。 结果表明:采用 chirp 脉冲压缩技术在无同步平均条件下,Φ4 平底孔的检测回波信噪比较 128 次同步平均的猝发音脉冲信号提高了 6. 6 dB;在 EMAT 提离为 3. 5 mm 且无同步平均条件下,Φ4 平底孔的脉冲压缩后回波信噪比可达 8. 0 dB。

摘要:采用非接触电磁超声技术实现高温连铸坯壳厚度测量，实时调整辊压力、冷却喷水量、压下位置和压下速度等工艺参数，避免出现中心偏析和松散问题，具有重要的工程应用价值。为了进一步提高电磁超声换能器(EMAT)在晶粒粗大和表面振痕的高温铸坯中的信噪比和空间分辨率，建立了基于Chirp信号激励的跑道线圈电磁超声检测过程的有限元模型，分析了EMAT设计参数、Chirp信号频宽和脉宽等因素对脉冲压缩后的超声回波信噪比和空间分辨率的影响，并通过实验予以验证。结果表明：经过脉冲压缩后，超声回波的SNR提高19 dB以上，波包宽度减少624%以上；Chirp信号脉宽和永磁体尺寸对信噪比有显著影响，Chirp信号频宽、永磁体间距和宽度、跑道线圈导线直径及其阻抗匹配参数影响空间分辨率。