电磁超声信号采集系统的研究

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1、分类号：TG115.28密级：UDC：621.3编号：201221401061河北工业大学硕士学位论文电磁超声信号采集系统的研究论文作者：杨蒙学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：刘素贞职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（51307043，51207105）河北省自然科学基金（E2012202026，E2012202048）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHOFELECTR

2、OMAGNETICULTRASONICSIGNALACQUISITIONSYSTEMbyYangMengSupervisor:Prof.LiuSuzhenNovember2014ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(NO.51307043,NO.51207105)andtheHebeiProvincialNaturalScienceFoundation(NO.E2012202026,NO.E2012202048).摘要电磁超声换能器（ElectromagneticAco

3、usticTransducer,EMAT）因具有非接触、不需耦合剂、重复性好、适用范围广、检测精度高等特点，广泛用于铁路轨道、管道、金属板材等无损检测中。但是，EMAT接收到的信号幅值小、噪声干扰大、频率高，给电磁超声信号的采集带来极大不便。因此，本文对电磁超声信号采集系统的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文在对电磁超声换能器的工作机理进行研究的基础上，对电磁超声波信号的特点进行了分析，确定了电磁超声信号采集系统的整体设计方案并进行了模块化设计。该系统主要由EMAT探头、信号调理、采集卡、PC机和基于LABVIEW的上位机五部分组成。信号调理电路是本文设计

4、的重点部分，主要由五个模块组成：前置放大、带通滤波、三级放大、等幅移相和线性电源。前置放大电路具有强噪声背景下的微弱信号宽带、低噪放大能力，有20dB、30dB、40dB三个不同增益可以选择。带通滤波电路能够实现对接收信号的高Q值滤波，大大提高了接收信号的信噪比，中心频率f0和Q值连续可调，拓展了电路的应用性。三级放大电路消除了负载变化对滤波电路的影响，并弥补前置放大电路放大倍数的不足。等幅移相电路能够实现对100kHz~2MHz频率范围内的输入信号0~90°范围内的滞后移相，降低因器件引起相位偏移而造成的误差，提高了缺陷定位的精度。设计的直流线性电源，降低了

5、因开关电源引起的噪声影响。本文主要对前置放大、带通滤波和等幅移相三个模块进行了仿真分析、电路搭建以及实验验证，并完成了信号调理电路的整体搭建与实验验证，实验结果符合设计要求。关键词：电磁超声前置放大带通滤波等幅移相数据采集卡LABVIEWIABSTRACTDuetoEMAT(ElectromagneticAcousticTransducer,EMAT)hasmanyadvantages,suchasnon-contact,nocouplingagent,goodreproducibility,wideapplicationrange,highdetection

6、precisionetc.Itiswidelyusedinrailwaytracks,pipes,sheetmetalandothernon-destructivetesting.However,thesignalsreceivedbyEMATaresmallinamplitude,easytobeinterferedbynoiseandhighinfrequency,soitisinconvenientfortheacquisitionofelectromagneticultrasonicsignal.So,thestudyofelectromagnetic

7、ultrasonicsignalacquisitionsysteminthispaperhasimportanttheoreticalsignificanceandpracticalvalue.BasedonthestudyofworkingmechanismofEMAT,thispapergivesananalysisonthecharacteristicsofelectromagneticultrasonicsignalsreceivedbyEMAT,determinestheoveralldesignschemeoftheelectromagneticu

8、ltrasonicsignalacqu