基于FPGA信号处理的电磁超声轨道无损检测

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1、硕士学位论文（工程硕士）基于FPGA信号处理的电磁超声轨道无损检测THESIGNALPROCESSINGBASEONFPGAOFELECTROMAGNETICULTRASONICFORRAILNONDESTRUCTIVETESTING于国海哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TP29学校代码：10213国际图书分类号：625密级：公开工程硕士学位论文基于FPGA信号处理的电磁超声轨道无损检测硕士研究生：于国海导师：于刚副教授副导师：吴运安高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所在单位：富士康科技集团答辩日期：2017

2、年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP29U.D.C:625DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringTHESIGNALPROCESSINGBASEONFPGAOFELECTROMAGNETICULTRASONICFORRAILNONDESTRUCTIVETESTINGCandidate:YuGuohaiSupervisor:AssociateProf.YuGangAsst.SupervisorSeniorEngineer.WuYunanAcademic

3、DegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringAffiliation:FoxconnTechnologyGroupDateofDefence:December,2017Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着铁路里程和运力的不断增长，我国轨道交通安全监测压力日趋增加，对钢轨无损探伤的需求也迅速增加，目前钢轨无损探伤的主流技术是传统的压电超

4、声技术，其探伤速度已经发展到接近极限。近年来由于电磁超声技术（ElectromagneticAcousticTechnology，EMAT）的发展，该技术相对压电超声探伤速度快的优势日益突出。但EMAT有电磁超声传感器换能效率低，信号微弱的缺点，此外，EMAT的高速无损探伤优势需要高速信号处理的支持，这些问题在一定程度上限制了EMAT在钢轨无损检测上的应用。本论文从电磁超声传感器和电磁超声信号处理两个方面出发，对电磁超声钢轨无损探伤系统的进行了综合研究和试验验证，完成了满足应用性能要求的电磁超声传感器及其信号处理算法。具体研究内容与成

5、果如下：本文利用GUIGUW对Lamb电磁超声传感器的频散特性进行了理论计算，并利用COMSOL多物理场有限元分析软件对当前研究相对较少的Lamb波和SV斜入射电磁超声传感器进行了模型建立和仿真分析，根据仿真结果对这两类传感器结构进行了研究和优化，设计完成了Lamb波和SV斜入射电磁超声传感器。本文设计并通过FPGA实现了小波降噪算法，解决了电磁超声信号小，信噪比低的问题。通过对电磁超声信号的降噪处理过程的算法仿真，证明了与一般的信号降噪处理算法相比，本文设计的小波阈值降噪算法，信噪比最高提高了16.2dB。同一般小波算法相比，本文采

6、用的FPGA抽取和插值滤波器实现方法结构简单，运算量显著减小，能够满足信号处理实时性的要求。本文搭建了的专用试验平台，实际验证了设计完成的电磁超声传感器和小波降噪信号处理算法。实验结果表明，本论文设计的传感器和算法都能很好完成满足钢轨无损探伤的性能要求。关键词：电磁超声传感器；钢轨；小波；现场可编程门阵列；无损检测-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeincreaseofrailwaymileageandtransportationcapacity,thesafetymonitoringpressureof

7、railtransitinChinaisincreasingdaybyday.Ithasledtoarapidincreaseinthedemandfornondestructivetestingofrails.Atpresent,themainstreamtechnologyofnon-destructivetestingofrailsisthetraditionalpiezoelectricultrasonictechnology.Butitstestingspeedhasbeenapproachingthelimit.Inrec

8、entyears,duetothedevelopmentofElectromagnetic(EMAT)technology,therelativeadvantageofpiezoelectricultrasonicfla