电磁超声接收系统的设计与实现

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1、万方数据2011拒第8期仪表技术与传威器InstrumentTechniqueandSensor20llNo．8电磁超声接收系统的设计与实现李固1，陈鹏1，边雁2，王帅1(1．军械工程学院电气工程系，河北石家庄050003；2．西安电子科技大学生命科学技术学院，陕西西安710065)摘要：提出了一种由正交矢量锁相发大器为核心构成的电磁超声接收系统，该系统针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低，噪声干扰大的现状，以及锁相放大在提取噪声中微弱信号方面的优异性能，采用模拟与数字相结合的方式完成整个接收

2、系统的设计。在该方案中，整个接收电路围绕由平衡调制解调器AD630构成的相敏检波器(PLD)展开，分别设计了信号通道、参考信道和相关器电路，并给出了相关的电路设计图。最后通过实验对比验证，证明该系统可以从噪声中提取出微弱的检测信号，且消噪效果明显，提高了信噪比。关键词：电磁超声；锁相放大；接收系统；互相关理论；相敏检波器中图分类号：TGll5．28文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)08—0085—03DesignandRealizationofReceivingSystemof

3、ElectromagneticAcousticUGul，CHENPen91，BIANYah2，WANGShuml(1．DepartmentofElectricalEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003，China；2．SchoolofLifeSciencesandTechnology，XidianUniversity，Xi’蛐710126，China)Abstract：Asaresultofsuperiorproperty

4、oflock-inampfilier(LIA)techniqueinweaksignaltestingandpresentproblemthatelectromagneticacoustictestingishighnoiseandlow’conversionefficiency，thispaperpresentedanelectromagneticacousticreceiv·ingsystemcombinedwithanaloganddigitalbythecoleofthelock-inam

5、plifyingtechniquebasedoncross—correlationtheory．ThereceivingcircuitW88designedaroundPLDconsistedofAD630，whichcontainedsignalchannel，referencepassageandcorrelator．Theexperimentalresultsprovethatthereceivingsystemhashighaccuracyanditimprovessignal-to·no

6、iseratio．Keywords：electromagneticacoustic；lock-inampfilier；recevingsystem；inter-relatedtheory；PLD0引言锁相放大技术是噪声中提取微弱的信号方法。它将被检信号与同频率的参考信号进行互相关运算，输出反映被测有用信号的电压或者电流，从而将湮没在强噪声中的微弱信号提取出来的技术，其理论支撑是互相关理论¨。J。电磁超声的核心部件是电磁超声换能器(EMAT)，由于其在检测过程中可以不与被检材料表面直接接触、无需加入

7、声耦合剂、检测速度快、重复性好、耐高温、适宜对特殊形状材料的检测等优点而受到越来越多的关注。其原理如图l所示，当把通有高频电流的线圈放置在金属物体(被检对象)附近时，由于电磁感应效应。在金属物体表层内将感生出涡流，如果同时在该金属物体附近施加一稳定外磁场．则该稳定外加磁场将与感生涡流相互作用产生交变的洛伦兹力致使金属原子产生震动．并以一定方式传播出去，就可以产生超声波。EMAT工作过程实质是电磁场、力场和超声场之间的相互作用HJ。由于电磁超声EMAT转换效率低，导致接收到的超声波回波信号幅值小；大

8、功率发射电路会在工作时产生强烈的电磁干扰；EMAT本身对周围环境噪声的敏感度比较高，使得接收的回波信号又常常被淹没在噪声信号中，且辐射模式较宽，能鼍不集中，检测的信号的分辨率不理想。这就要求接收系统必须具收稿日期：2010—12—19收修改稿日期：2011—03—11有针对微弱信号的接收能力。定磁场圈1电磁超声激励模型基于上述原因，提出了一种模拟和数字相结合的电磁超声接收系统，该方法以正交矢量锁相放大器为核心的硬件信号处理电路结合MATLAB软件处理信号的方法来提高检测信号的信噪比