【摘要】：金屬板材是重要的工業(yè)原材料,需要采用無(wú)損檢測(cè)方法保證質(zhì)量。傳統(tǒng)壓電超聲技術(shù)由于耦合劑限制難以應(yīng)用于高溫、自動(dòng)化等場(chǎng)合。電磁超聲技術(shù)無(wú)需耦合劑,但單一換能器存在換能效率低、聲束控制能力差的問(wèn)題。將電磁超聲技術(shù)與相控陣技術(shù)結(jié)合的電磁超聲相控陣技術(shù)既能夠彌補(bǔ)壓電超聲技術(shù)不足,又具備較強(qiáng)的聲束控制能力。然而目前電磁超聲相控陣換能器理論研究不足,無(wú)法指導(dǎo)電磁超聲相控陣換能器設(shè)計(jì),而電磁超聲相控陣實(shí)驗(yàn)平臺(tái)匱乏又進(jìn)一步限制了電磁超聲相控陣技術(shù)發(fā)展。針對(duì)以上不足,本文將研究用于板材缺陷檢測(cè)的電磁超聲相控陣換能器設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)目前電磁超聲相控陣換能器理論研究不足、聲場(chǎng)特點(diǎn)不明確的問(wèn)題,提出電磁超聲相控陣換能器有限元建模方法。該方法在分析相控陣技術(shù)原理和單陣元電磁超聲換能器聲場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上,確定電磁超聲相控陣換能器結(jié)構(gòu),進(jìn)而建立其時(shí)域與頻域的二維有限元模型,仿真得到其聲場(chǎng)分布特點(diǎn)。針對(duì)電磁超聲相控陣換能器陣列參數(shù)設(shè)計(jì)缺乏理論指導(dǎo)的現(xiàn)狀,采用有限元方法仿真分析不同陣列參數(shù)下電磁超聲相控陣聲場(chǎng)變化規(guī)律。在確定相控陣聲場(chǎng)評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上,仿真分析陣元間距、陣元寬度、陣元數(shù)量對(duì)于電磁超聲相控陣激發(fā)聲場(chǎng)的影響,據(jù)此提出電磁超聲相控陣換能器設(shè)計(jì)方法,該方法能夠?yàn)殡姶懦曄嗫仃嚰夹g(shù)的實(shí)用化奠定良好的基礎(chǔ)。針對(duì)目前電磁超聲相控陣實(shí)驗(yàn)平臺(tái)匱乏的問(wèn)題,設(shè)計(jì)電磁超聲相控陣實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。結(jié)合電磁超聲相控陣技術(shù)特點(diǎn),確定電磁超聲相控陣實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體方案與關(guān)鍵參數(shù);設(shè)計(jì)八通道電磁超聲相控發(fā)射電路,實(shí)現(xiàn)多通道高精度相控延時(shí)發(fā)射;完成八通道電磁超聲可控接收電路制作,對(duì)電磁超聲信號(hào)進(jìn)行可控低噪聲放大;編寫(xiě)上位機(jī)軟件控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。搭建電磁超聲相控陣聲場(chǎng)測(cè)量平臺(tái),驗(yàn)證仿真模型與陣列參數(shù)聲場(chǎng)影響規(guī)律的正確性;搭建電磁超聲相控陣扇形掃描平臺(tái),對(duì)板材底部寬、深均為2mm的槽缺陷進(jìn)行扇形掃描成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的電磁超聲相控陣換能器能夠有效進(jìn)行板材缺陷檢測(cè)。
【圖文】：

人設(shè)計(jì)了 32 通道電磁超聲 SH 波相控陣，其實(shí)物圖如 1-1 所示。該系統(tǒng)單通道發(fā)射功率可達(dá) 3kW，最大發(fā)射頻率 5MHz。該系統(tǒng)對(duì)焊縫中缺陷有著較高的敏感度，其最高工作溫度可達(dá) 150℃，該系統(tǒng)能夠在焊接完成后高溫狀態(tài)下立即進(jìn)行檢測(cè)[28]。上述兩套系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷檢測(cè)，，但均采用了分立式電磁超聲換能器，體積龐大。電磁超聲換能器由于磁鐵的限制體積較大，分立式換能器結(jié)構(gòu)使相控陣陣元間距較大，因而相控陣陣元產(chǎn)生聲波需要通過(guò)較長(zhǎng)距離才能形成干涉，增大了相控陣檢測(cè)的盲區(qū)。

圖 1-2 Innerspec 公司設(shè)計(jì)的 8 通道電磁超聲相控陣雖然印刷電路板線圈能夠很好的控制工藝參數(shù)，但其無(wú)法疊繞限制了電磁聲相控陣換能器的收發(fā)功率。為此，英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的 J. Isla 采用骨架線圈繞了八通道 SV 波電磁超聲相控陣換能器，采用閉合線圈充當(dāng)單個(gè)陣元，其結(jié)構(gòu)如1-3 所示。J Isla 利用脈沖壓縮技術(shù)收發(fā)電磁超聲，成功實(shí)現(xiàn)了板材槽缺陷的扇形
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB552

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2599762