电磁超声SH导波铝板缺陷检测技术研究.pdf

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1、硕士学位论文电磁超声SH导波铝板缺陷检测技术研究RESEARCHONALUMINUMPLATEDEFECTDETECTIONUSINGELECTROMAGNETICULTRASONICSHGUIDEDWAVE马早军哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB553学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文电磁超声SH导波铝板缺陷检测技术研究硕士研究生：马早军导师：王淑娟教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB553U.D.C:62

2、1.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONALUMINUMPLATEDEFECTDETECTIONUSINGELECTROMAGNETICULTRASONICSHGUIDEDWAVECandidate：MaZaojunSupervisor：Prof.WangShujuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringand

3、AutomationDateofDefence：June,2018DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要铝板是十分重要的工业原材料之一，但在生产时容易产生缺陷，需要使用无损检测的方法剔除残次品。电磁超声SH(ShearHorizontal，简称SH)导波检测技术以其非接触、频散特性简单的特点而在铝板缺陷检测方面具有重大优势。然而，对SH导波电磁超声换能器(ElectromagneticAcousticTransducer，简称EMAT)的理论研究还存在不足，EMAT声场分

4、布并不明确，而解析法求解难度大，难以指导换能器设计。其次，常规方法只能判断出缺陷位置，并不能确定缺陷类型和大小。此外，SH导波EMAT换能效率低，进一步限制了该技术的推广和应用。针对上述问题，本文研究了电磁超声SH导波铝板缺陷检测技术。针对SH导波EMAT声场分布不明确，而解析法求解难度大的问题，本文建立了电磁超声SH导波三维频域仿真模型，得到其声场指向角为16.7°。在此基础上，进一步研究了线圈内外径、磁铁间距和数目等EMAT几何参数对声场指向性的影响，便于确定较优参数，从而指导EMAT设计。针对常规方法不能确定缺陷类型和大小的问题，本文提出将实验和仿真所得周向散射图进行相

5、似度对比来确定缺陷类型和大小的方法。为此，建立了SH导波EMAT三维时域仿真模型，得到SH导波与通孔和槽型缺陷作用的周向散射图。仿真得到当缺陷尺寸增大时，反射波的能量增强，透射波的能量减弱。针对SH导波EMAT换能效率低的现状，设计了电磁超声SH导波检测系统。设计大功率发射电路，能输出最大功率为2.5kW的猝发音(ToneBurst)信号用于激励SH导波EMAT。设计上位机软件，实现发射脉冲参数设置。设计四通道接收电路用于对接收信号进行放大和滤波处理，其放大增益最大可达80dB。设计发射和接收SH导波EMAT用于缺陷检测。搭建了电磁超声SH导波检测实验平台，分别对Φ2mm和Φ

6、6mm通孔型缺陷以及长度为6mm和15mm的槽型缺陷进行了实验研究。由12通道接收探头检测SH导波与缺陷作用的周向散射图，将其和仿真中各周向散射图进行相似度对比，和实验结果最相似的仿真周向散射图所对应的缺陷类型和大小即是所检缺陷信息。通过实验所确定的缺陷信息和缺陷理论值一致，由此表明本文所提出的方法能够实现对铝板通孔和槽型缺陷的定性和定量检测。关键词：电磁超声SH导波；缺陷检测；声场指向性；周向散射图-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAluminumplateisoneoftheimportantindustrialrawmateritals,butitis

7、easytoproducedefectsintheprocessofproduction,whichneedstobetestedusingNon-destructivetestingtodetectthedefectiveproductsintime.ElectromagneticacousticSH(ShearHorizontal)guidedwavedetectiontechnologyhasgreatadvantagesinthedetectionofaluminumplatedefectswi