远程教育学院
科生毕业文（设计）
题目 电磁超声换器研究设计
姓名学号 朱强 714128202050
年级专业 14秋华家池专2班 电 气
学中心 浙校直属学中心（华家池）
指导教师 许 诺
浙江学远程教育学院科生毕业文（设计）诚信承诺书
1郑重承诺呈交毕业文（设计）指导教师指导严格学校学院关规定完成
2毕业文（设计）中引观点参考资料均加注释说明
3 承诺毕业文（设计）选题研究容程中没抄袭研究成果伪造相关数等行
4 毕业文（设计）中侵犯方面知识产权行承担相应法律责
毕业文（设计）作者： 朱强
2016 年 10 月 29 日
文版权授权书
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毕业文（设计）作者签名：朱强
2016 年 10 月 29 日
摘
电磁超声换器(EMAT)种基电磁超声转换技术新型电声转换器时款集超声波发射接收装置体非接触型换器电磁超声波损技术进行作业时候需介质耦合需试件进行准备处理等诸优点检测时温度高达1000℃般探测工件表面需特殊处理直接进行损处理电磁超声换器广泛应超声损检测技术领域中
研究电磁超声换器工作原理进行研究现电磁超声换器基础进行优化设计结合国外发表文献研究基础电磁超声换器研究现状进行调查分析总结电磁超声换器参数转换效率影响针现研究中足进行优化设计
关键词：毕电磁超声换器超声损检测调查分析优化设计
目录
摘 I
第1章 绪 1
第2章 电力负荷理 2
21电力负荷预测基模型方法 2
22模糊逻辑理概述 2
23工神网络概述 3
24模糊神网络概述 4
第3章 混合模糊神网络相关数处理方法 5
31样负荷数预处理 5
311样负荷数收集处理 5
312样负荷数化处理 6
32影响素模糊化处理 6
33模糊神网络模型设计 6
331网络层数设计 6
332网络节点数设计 7
第4章 负荷预测结果分析 8
41预测模型计算般步骤 8
42 注意事项 8
总结 9
参考文献 10
致谢 11
绪
11研究研究背景
传统超声波产生方式通压电换器实现然结构设计起较简单换效率较高时候常需耦合剂作耦合介质时候需试件进行事先准备处理工作温度测量技术存诸限制 王仲生万朋损检测诊断现场实技术机械工业出版社200311~47
着国点次声波换技术断进步国超声波损检测技术发展指明道路利电磁超声转换技术弥补传统换技术中足处说电磁超声指通洛伦兹力理磁力伸缩原理达成接触激发新型技术相传统压电超声换器具备优点：
1）轻易通改变电磁场方产生需种超声波例兰姆波表面波测物体进行测量时候通磁电转换产生兰姆波产生兰姆波通线扫描方式测物进行范围快速高效率检测相较传统逐点体波扫描方式方便测试节省时间提高检测工作效率板材损检测方面应特广泛
2）实现需接触测物体前提测物体进行测量效避免测物方便进行预先处理问题解决耦合剂时测量精度存影响问题
3）实现非接触测量形式测量温度提高般达千度时高速运动物体测量方便实现
电磁超声换器拥优点决定材料损检测运动物体运动程中参数测量广泛应介测量领域存巨潜力国外学术界工程界产生浓厚研究兴趣实现电磁超声够工业领域推广研究者早已进行深入研究希够电声转换效率显著提高样子提高工业设计检测效率提高工业动化水非常重研究意义学术研究确定非常价值研究方
电磁超声换技术存非接触换问题众优秀设计师费心思：
1）量转换程中量时转换现象电磁场力场声场相互作换程变非常复杂理程难进行分析理解通实验进行研究设计
2）种量相互转换导致电磁超声换器换效率非常低需激励电源频率求高硬件设计存困难
3）超声波回波信号振幅较传统压电超声换器相较信噪明显降幅值降40分贝左右设计程中回波信号进行复杂期处理电磁超声换器存设计困难目前电磁超声换器停留实验研究阶段未正式进入工业测试应中 超声波探伤编写组编超声波探伤电力工业出版社1980225~246
着年电子科技技术快速发展电磁超声换器步入工业检测领域提供强力盾尤年MOSFET工艺进步MOSFET实现电路电流通实现快速效开关动作控制项技术电磁超声换器提高稳定高频高压发射回路极程度提高换器发射功率外着集成电路快速进步芯片封装工艺创新优化器件采先进集成封装形式样减少部分噪声产生芯片噪声幅度着显著降低通技术改良定程度解决电磁换器转换效率低问题需电磁超声换器电路设计方面超声波发射端进行改进变更加实化
12国外研究进展
20世纪六十年代开始许发达国家例英国美国德国日等早开始电磁超声技术理实验进行较全面研究研究方针提高电磁换器转换效率低问题进行研究 张志刚等兰姆波电磁超声磁致伸缩式激励特性[J]海交通学学报200640(1)133~137
国电磁超声转换器研究起步起国外相晚着国工业损技术需求断增加驱着越越投入电磁超声技术研究开发中国研究队伍断扩增长期验积累总结国电磁超声技术已取突出性成起步太晚芯片制造工艺发达国家存定距离导致该领域发达国家差距
13研究容
篇文中研究电磁超声换器基工作原理组成部分实验系统组成相关实验发现电磁超声换优点足电磁超声换技术代传统技术ansys软件实验进行验证然做工作进行总结
二电磁超声换器工作方式
21电磁超声换器发射原理接收原理
1洛伦兹力工作原理
图211洛伦兹力工作原理图
电磁铁换设备提供磁场H偏置磁场时通激励线圈接通电力J开形成狡辩磁场hd进通狡辩磁场导体元件外表产生涡流js涡流js作磁场狡辩磁场产生狡辩涡流形成洛伦兹力FL导体试件洛伦兹力作会出现程度较剧烈震动样震动导元件部会产生种形式超声波值注意导元件部超声波交变电流超声波频率致 晓电磁超声技术钢板缺陷检测中研究[D]天津天津学2008
电磁超声接收原理实电磁超声激发原理逆应换器接收传播超声波信号时候超声波会引起电磁铁附特殊材料震动种物质周围充满电磁场受超声波撞击引起震动两端感生出涡流效应着超声波断规律撞击感生涡电流周期变化周期断变动涡电流周围会出现交变磁场接收设备周围形成电动势电路连接回路会导通会形成电流信号然接收电流信号通放器放器放然整流谓回波信号通样系列变换实现超声波信号接收进行数次试验证明电磁超声换效率低传统压电超声换器相较低接收超声波信号灵敏度存影响电磁超声换器需功率较发射极提供发射需量减少信噪
电磁超声磁铁线圈测试件三部分组成实际说EMAT接收发射三部分相互影响工作相互影响工作程图2示
图212电磁超声组成相互影响工作程
212磁致伸缩力工作原理
果试件铁质材料做成高频电流形成磁场样够定时间转变具磁力试件进形成致伸缩效时电磁超声设备光洛伦兹力影响受磁致伸缩力影响磁场作力减弱形成磁致伸缩效造成电磁超声重原里说磁致伸缩材料磁性种素发生变化时材料体积外形长度等发生转变情况种转变磁场力决定 RBruce ThompsonA model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J]IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic197314340~346
转变形式三种：线性磁致伸缩体积磁致伸缩磁场力消退造成外形转变会出现磁致伸缩情况材料温度变化引发发磁化现象造成材料出现极磁畴受外部磁场作情况磁畴机排列晶体外形会发生变化受外部磁场作力影响时磁畴排列形式发生转变外磁场位置转磁场晶体会发生极程度变形造成材着磁场作力方进行延伸者缩时手激励电流磁化影响材料会周期发生变形进形成弹性波造成弹性波诱线性磁致伸缩果电磁超声换设备提供适磁作力洛伦兹力磁致伸缩李会层层相叠相互抵消
22 电磁超声换器常见波
通收集总结总结出常磁铁形状线圈形状磁铁线圈搭配起产生波分图示
图221常见磁体
图222常见激励线圈
注：L波：波S波：横波SH波：水偏振剪切波SV波：垂直偏振剪切波
图223组合波形
三电磁超声换器硬件电路设计
31激励电路
传统压电超声转换率较高激励信号求较低般采正弦脉信号作激励源正弦脉信号信号频率单含谐波数量少产生干扰信号少利电磁超声进行换时候转换率较低果继续采正弦脉信号作激励源话法产生利超声波提高发射电路功率产生超声波信号般会采高压脉信号取代正弦脉信号 张志刚阙沛文雷华明Lamb波SH波双模式电磁超声检测系统设计实验[J]工业仪表动化装置2005222~24
1信号发生电路
信号发生电路作形成电频定数量够认调控脉信号脉信号宽度函数信号发生器功足缺乏调控波形力尤缺乏调控信号频率脉宽度力果通FPGA 设备形成脉信号难握死区时间正常实验中选信号发生器德州仪器公司生产UCC3895 移相型 PWM 控制器图311控制突出特点包括：调控输出导通时间死区时间通单脚实现芯片软起动软关闭等功功率求极低功率求1MHz够保证设备正常运转通图22够直观认识 SSDISB 系统控制部件通部件够实现芯片启动关闭通SSDISB电压05V芯片会动断开反会正常启动极程度便利工作员STM32 操控工作员需控制 STM32 输出电压够实现芯片脉输出控制通 控制STM32电时间控制调脉数量
图311 UCC3895芯片电路图
2功率放电路
节信号发生电路中形成驱动信号产生功率极UCC3895输出电流更 极微弱100m A远远达电磁超声设备电流需求求放驱动信号功率次实验方案全桥逆变电路方案图312：
图312 全桥逆变电路图
图9UCC3895 输出信号 6N137利达续电路 6N137功率够达10MHz光耦输出导通时间约50ns关闭时间约12ns起处强电弱电进行隔离全桥电路电压够利通驱动设备进影响电路控制光耦隔离具项点：隔离耐压较高具非常强抗干扰力够意调节占空等等
3吸收电路
激励电源采高压正负脉信号正负脉交转换程非常快容易会产生尖峰电压般尖峰电压原电压45倍左右然存时间短微秒时间电压远远般开关器件耐压范围容易烧坏电路里开关器件电路中常常设计吸收电路尖峰波进行吸收研究中吸收电路：RC吸收电路RCD吸收电路LC吸收电路
4阻抗匹配电路
达功率输出常常LC回路极集电极电路采耦变压器形式连接功率输入观点希满足匹配条件获电压增益降低噪声观点必须噪音系数时满足功率增益条件证明采射级电路时功率增益噪声系数似条件获满足工作频率较高时候采基极电路时获噪声系数功率增益够激发超声波效率效提升接收电路接收线圈间激励电路电磁超声激励线圈间加入阻抗匹配电路够实现阻抗匹配目先线圈电抗值予明确够通实际测量者数值计算获样阻抗匹配线圈串联者联电容电路电抗值等零时候产生谐振时候便表明阻抗匹配然两种匹配然存着定区发射线圈匹配需通电流适合串联匹配接收电路应该联匹配
32接收电路
接收回路总四部分组成分限幅电路前置放电路带通滤波电路放电路正前面提电磁超声换器转换效率低般产生超声波信号噪音污染严重信号中存噪音干扰接收电路中重环节信号中存噪音系列转换稳定精确回波信号面模拟分析数字采样做前期铺垫
1限幅电路
实验中芯片承受电压限提高发射功率激励源产生高压脉电压样电路导通时候电压回路电流烧坏芯片避免种情况发生实验中发射电路需加限幅电路降低激励电源前提适降低续电路中电压达保护电路作
2前置放电路
传感器接受声音信号转换成微弱电信号果直接处理该微弱电信号会引起误差信号幅值放电路放快会电路中电阻消耗殆够准确获取声音信号传递信息需转换电信号进行放属第级放果放时产生较噪音会面电路设计造成影响会结果误差前置放器减少噪声方面求高实验时选OPA37AJ放器实验中前置放器电路图322示OPA37AJ放器精度高产生噪声低适合作前置放器
图322 前置放电路图
3带通滤波电路
回波信号身包含着噪声信号前置放器放噪声信号会放检测信号识存定干扰需滤波电路
没噪声信号滤掉根实验数显示回波电路中包含噪声信号热噪音信号高频干扰信号噪声信号60Hz附滤段没干扰信号需带通滤波器课题实验中选基LT1568高频源RC滤波器图323高频滤波器电路图
图323带通滤波器电路图
证明设计带通滤波器试验中利模拟输入噪声信号信号输入带通滤波器输出端取出输出信号输入信号进行实验发现课题设计带通滤波器效果图324325输入带噪声信号滤波器滤波正弦波信号
图324 输入带噪声信号
图325 滤波信号
4放电路
电路消耗滤波信号变非常足续实验提高量信息放电路作前面系列转换信号放工作需幅值数字采样模拟分析做前期准备工作实验中选放芯片AD600芯片芯片电路图326示AD600芯片款噪声低频带宽放倍数放芯片具备般放芯片具功外AD600具输入信号幅值变化产生电压增益产生输入信号者时放出信号相差太AD600芯片非常适合超声回波电路信号处理
图326 AD600芯片放电路
AD600芯片23引脚作正负输入端14引脚作输出VCC13引脚正常工作电压5V增益20倍频30倍频调MC1403D工作提高参考电压
四电磁换器实验研究
41兰姆波激发试验
薄板中存缺陷利兰姆波进行准确检测利电磁超声探头进行相关实验表41实验参数
表41兰姆波激发实验参数
名称
数值
钢板长度
800mm
钢板宽度
300mm
钢板厚度
16mm
探头频率
300KHz
图41实验结果第 2波包伊始超声波形头波波峰首超声波峰时间间隔 117 s超声波波速42735ms实验程中超声频率 300KHz板厚度16mm两者积 48MHzmm通兰姆波群速度频厚积间关系曲线进行查阅知该条件兰姆波波速 4400ms较充分说明产生S1型兰姆波
图41 兰姆波波形示意图
42表面波激发试验
厚板表面表面缺陷通表面波予准确检测表32中数利电磁超声探头产生表面波实验参数
表42表面波激发实验参数
名称
数值
钢板长度
600mm
钢板宽度
400mm
钢板厚度
60mm
探头频率
300KHz
时候利激励兰姆波时探头配置产生回波表明厚板里面兰姆波法满足传播条件法获兰姆波磁场旋转90度便接收图42显示超声波头波中心首超声波峰间时间间隔98 s 发射探头接收探头间距离 270mm超声波波速 27551ms钢板里面表面波波速相吻合充分说明探头激发超声表面波
图42表面波波形示意图
总结
研究电磁超声换器工作原理进行研究现电磁超声换器基础进行优化设计结合国外发表文献研究基础电磁超声换器研究现状进行调查分析总结电磁超声换器参数转换效率影响针现研究中足进行优化设计研究中电磁超声换器损检测应中原理进行量实验研究分析通激励电路接收电路分析改进电磁超声波换器够完成基检测操作
参考文献
[1]王仲生万朋损检测诊断现场实技术机械工业出版社200311~47
[2]超声波探伤编写组编超声波探伤电力工业出版社1980225~246
[3]张志刚等兰姆波电磁超声磁致伸缩式激励特性[J]海交通学学报200640(1)133~137
[4]晓电磁超声技术钢板缺陷检测中研究[D]天津天津学2008
[5]RBruce ThompsonA model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J]IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic197314340~346
[6]KKawashimaQuantitative Calculation and Measurement of Longitudinal andTransverse Ultrasonic Wave Pulses in SolidIEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics198432(2)83~87
[7]张志刚阙沛文雷华明Lamb波SH波双模式电磁超声检测系统设计实验[J]工业仪表动化装置2005222~24
[8]雷华明电磁超声换器机理研究道检测中应探索[D]海海交通学2005
[9]张勇等损检测电磁超声换器研究进展[J]损检测20046：275280
[10]朱红秀吴淼刘卓然钢缺陷检测电磁超声传感器优化设计研究[J]仪器仪表学报200627(12)1734~1737）
致谢
整毕业文利撰写完顿时感觉轻松成感回想刚月毕业文撰写第涌入眼前次辛苦写毕业文常天十时泡图书馆查阅资料询问学姐老师请教份毕业文够利写完四年学生活总结
感谢文撰写程中提供帮助学长学文撰写程中遇问题提供帮助意见文利完成功没诚挚说声谢谢
父母衷心说声谢谢
毕业文中帮助次说声谢谢
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题目 电磁超声换器研究设计
姓名学号 朱强 714128202050
年级专业 14秋华家池专2班 电 气
学中心 浙校直属学中心（华家池）
指导教师 许 诺
浙江学远程教育学院科生毕业文（设计）诚信承诺书
1郑重承诺呈交毕业文（设计）指导教师指导严格学校学院关规定完成
2毕业文（设计）中引观点参考资料均加注释说明
3 承诺毕业文（设计）选题研究容程中没抄袭研究成果伪造相关数等行
4 毕业文（设计）中侵犯方面知识产权行承担相应法律责
毕业文（设计）作者： 朱强
2016 年 10 月 29 日
文版权授权书
文作者完全解 浙江学远程教育学院 权保留国家关部门机构送交文复印件电子文档允许文查阅阅授权 浙江学远程教育学院 文全部部分容编入关数库进行检索传播采影印缩印扫描等复制手段保存汇编文
毕业文（设计）作者签名：朱强
2016 年 10 月 29 日
摘
电磁超声换器(EMAT)种基电磁超声转换技术新型电声转换器时款集超声波发射接收装置体非接触型换器电磁超声波损技术进行作业时候需介质耦合需试件进行准备处理等诸优点检测时温度高达1000℃般探测工件表面需特殊处理直接进行损处理电磁超声换器广泛应超声损检测技术领域中
研究电磁超声换器工作原理进行研究现电磁超声换器基础进行优化设计结合国外发表文献研究基础电磁超声换器研究现状进行调查分析总结电磁超声换器参数转换效率影响针现研究中足进行优化设计
关键词：毕电磁超声换器超声损检测调查分析优化设计
目录
摘 I
第1章 绪 1
第2章 电力负荷理 2
21电力负荷预测基模型方法 2
22模糊逻辑理概述 2
23工神网络概述 3
24模糊神网络概述 4
第3章 混合模糊神网络相关数处理方法 5
31样负荷数预处理 5
311样负荷数收集处理 5
312样负荷数化处理 6
32影响素模糊化处理 6
33模糊神网络模型设计 6
331网络层数设计 6
332网络节点数设计 7
第4章 负荷预测结果分析 8
41预测模型计算般步骤 8
42 注意事项 8
总结 9
参考文献 10
致谢 11
绪
11研究研究背景
传统超声波产生方式通压电换器实现然结构设计起较简单换效率较高时候常需耦合剂作耦合介质时候需试件进行事先准备处理工作温度测量技术存诸限制 王仲生万朋损检测诊断现场实技术机械工业出版社200311~47
着国点次声波换技术断进步国超声波损检测技术发展指明道路利电磁超声转换技术弥补传统换技术中足处说电磁超声指通洛伦兹力理磁力伸缩原理达成接触激发新型技术相传统压电超声换器具备优点：
1）轻易通改变电磁场方产生需种超声波例兰姆波表面波测物体进行测量时候通磁电转换产生兰姆波产生兰姆波通线扫描方式测物进行范围快速高效率检测相较传统逐点体波扫描方式方便测试节省时间提高检测工作效率板材损检测方面应特广泛
2）实现需接触测物体前提测物体进行测量效避免测物方便进行预先处理问题解决耦合剂时测量精度存影响问题
3）实现非接触测量形式测量温度提高般达千度时高速运动物体测量方便实现
电磁超声换器拥优点决定材料损检测运动物体运动程中参数测量广泛应介测量领域存巨潜力国外学术界工程界产生浓厚研究兴趣实现电磁超声够工业领域推广研究者早已进行深入研究希够电声转换效率显著提高样子提高工业设计检测效率提高工业动化水非常重研究意义学术研究确定非常价值研究方
电磁超声换技术存非接触换问题众优秀设计师费心思：
1）量转换程中量时转换现象电磁场力场声场相互作换程变非常复杂理程难进行分析理解通实验进行研究设计
2）种量相互转换导致电磁超声换器换效率非常低需激励电源频率求高硬件设计存困难
3）超声波回波信号振幅较传统压电超声换器相较信噪明显降幅值降40分贝左右设计程中回波信号进行复杂期处理电磁超声换器存设计困难目前电磁超声换器停留实验研究阶段未正式进入工业测试应中 超声波探伤编写组编超声波探伤电力工业出版社1980225~246
着年电子科技技术快速发展电磁超声换器步入工业检测领域提供强力盾尤年MOSFET工艺进步MOSFET实现电路电流通实现快速效开关动作控制项技术电磁超声换器提高稳定高频高压发射回路极程度提高换器发射功率外着集成电路快速进步芯片封装工艺创新优化器件采先进集成封装形式样减少部分噪声产生芯片噪声幅度着显著降低通技术改良定程度解决电磁换器转换效率低问题需电磁超声换器电路设计方面超声波发射端进行改进变更加实化
12国外研究进展
20世纪六十年代开始许发达国家例英国美国德国日等早开始电磁超声技术理实验进行较全面研究研究方针提高电磁换器转换效率低问题进行研究 张志刚等兰姆波电磁超声磁致伸缩式激励特性[J]海交通学学报200640(1)133~137
国电磁超声转换器研究起步起国外相晚着国工业损技术需求断增加驱着越越投入电磁超声技术研究开发中国研究队伍断扩增长期验积累总结国电磁超声技术已取突出性成起步太晚芯片制造工艺发达国家存定距离导致该领域发达国家差距
13研究容
篇文中研究电磁超声换器基工作原理组成部分实验系统组成相关实验发现电磁超声换优点足电磁超声换技术代传统技术ansys软件实验进行验证然做工作进行总结
二电磁超声换器工作方式
21电磁超声换器发射原理接收原理
1洛伦兹力工作原理
图211洛伦兹力工作原理图
电磁铁换设备提供磁场H偏置磁场时通激励线圈接通电力J开形成狡辩磁场hd进通狡辩磁场导体元件外表产生涡流js涡流js作磁场狡辩磁场产生狡辩涡流形成洛伦兹力FL导体试件洛伦兹力作会出现程度较剧烈震动样震动导元件部会产生种形式超声波值注意导元件部超声波交变电流超声波频率致 晓电磁超声技术钢板缺陷检测中研究[D]天津天津学2008
电磁超声接收原理实电磁超声激发原理逆应换器接收传播超声波信号时候超声波会引起电磁铁附特殊材料震动种物质周围充满电磁场受超声波撞击引起震动两端感生出涡流效应着超声波断规律撞击感生涡电流周期变化周期断变动涡电流周围会出现交变磁场接收设备周围形成电动势电路连接回路会导通会形成电流信号然接收电流信号通放器放器放然整流谓回波信号通样系列变换实现超声波信号接收进行数次试验证明电磁超声换效率低传统压电超声换器相较低接收超声波信号灵敏度存影响电磁超声换器需功率较发射极提供发射需量减少信噪
电磁超声磁铁线圈测试件三部分组成实际说EMAT接收发射三部分相互影响工作相互影响工作程图2示
图212电磁超声组成相互影响工作程
212磁致伸缩力工作原理
果试件铁质材料做成高频电流形成磁场样够定时间转变具磁力试件进形成致伸缩效时电磁超声设备光洛伦兹力影响受磁致伸缩力影响磁场作力减弱形成磁致伸缩效造成电磁超声重原里说磁致伸缩材料磁性种素发生变化时材料体积外形长度等发生转变情况种转变磁场力决定 RBruce ThompsonA model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J]IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic197314340~346
转变形式三种：线性磁致伸缩体积磁致伸缩磁场力消退造成外形转变会出现磁致伸缩情况材料温度变化引发发磁化现象造成材料出现极磁畴受外部磁场作情况磁畴机排列晶体外形会发生变化受外部磁场作力影响时磁畴排列形式发生转变外磁场位置转磁场晶体会发生极程度变形造成材着磁场作力方进行延伸者缩时手激励电流磁化影响材料会周期发生变形进形成弹性波造成弹性波诱线性磁致伸缩果电磁超声换设备提供适磁作力洛伦兹力磁致伸缩李会层层相叠相互抵消
22 电磁超声换器常见波
通收集总结总结出常磁铁形状线圈形状磁铁线圈搭配起产生波分图示
图221常见磁体
图222常见激励线圈
注：L波：波S波：横波SH波：水偏振剪切波SV波：垂直偏振剪切波
图223组合波形
三电磁超声换器硬件电路设计
31激励电路
传统压电超声转换率较高激励信号求较低般采正弦脉信号作激励源正弦脉信号信号频率单含谐波数量少产生干扰信号少利电磁超声进行换时候转换率较低果继续采正弦脉信号作激励源话法产生利超声波提高发射电路功率产生超声波信号般会采高压脉信号取代正弦脉信号 张志刚阙沛文雷华明Lamb波SH波双模式电磁超声检测系统设计实验[J]工业仪表动化装置2005222~24
1信号发生电路
信号发生电路作形成电频定数量够认调控脉信号脉信号宽度函数信号发生器功足缺乏调控波形力尤缺乏调控信号频率脉宽度力果通FPGA 设备形成脉信号难握死区时间正常实验中选信号发生器德州仪器公司生产UCC3895 移相型 PWM 控制器图311控制突出特点包括：调控输出导通时间死区时间通单脚实现芯片软起动软关闭等功功率求极低功率求1MHz够保证设备正常运转通图22够直观认识 SSDISB 系统控制部件通部件够实现芯片启动关闭通SSDISB电压05V芯片会动断开反会正常启动极程度便利工作员STM32 操控工作员需控制 STM32 输出电压够实现芯片脉输出控制通 控制STM32电时间控制调脉数量
图311 UCC3895芯片电路图
2功率放电路
节信号发生电路中形成驱动信号产生功率极UCC3895输出电流更 极微弱100m A远远达电磁超声设备电流需求求放驱动信号功率次实验方案全桥逆变电路方案图312：
图312 全桥逆变电路图
图9UCC3895 输出信号 6N137利达续电路 6N137功率够达10MHz光耦输出导通时间约50ns关闭时间约12ns起处强电弱电进行隔离全桥电路电压够利通驱动设备进影响电路控制光耦隔离具项点：隔离耐压较高具非常强抗干扰力够意调节占空等等
3吸收电路
激励电源采高压正负脉信号正负脉交转换程非常快容易会产生尖峰电压般尖峰电压原电压45倍左右然存时间短微秒时间电压远远般开关器件耐压范围容易烧坏电路里开关器件电路中常常设计吸收电路尖峰波进行吸收研究中吸收电路：RC吸收电路RCD吸收电路LC吸收电路
4阻抗匹配电路
达功率输出常常LC回路极集电极电路采耦变压器形式连接功率输入观点希满足匹配条件获电压增益降低噪声观点必须噪音系数时满足功率增益条件证明采射级电路时功率增益噪声系数似条件获满足工作频率较高时候采基极电路时获噪声系数功率增益够激发超声波效率效提升接收电路接收线圈间激励电路电磁超声激励线圈间加入阻抗匹配电路够实现阻抗匹配目先线圈电抗值予明确够通实际测量者数值计算获样阻抗匹配线圈串联者联电容电路电抗值等零时候产生谐振时候便表明阻抗匹配然两种匹配然存着定区发射线圈匹配需通电流适合串联匹配接收电路应该联匹配
32接收电路
接收回路总四部分组成分限幅电路前置放电路带通滤波电路放电路正前面提电磁超声换器转换效率低般产生超声波信号噪音污染严重信号中存噪音干扰接收电路中重环节信号中存噪音系列转换稳定精确回波信号面模拟分析数字采样做前期铺垫
1限幅电路
实验中芯片承受电压限提高发射功率激励源产生高压脉电压样电路导通时候电压回路电流烧坏芯片避免种情况发生实验中发射电路需加限幅电路降低激励电源前提适降低续电路中电压达保护电路作
2前置放电路
传感器接受声音信号转换成微弱电信号果直接处理该微弱电信号会引起误差信号幅值放电路放快会电路中电阻消耗殆够准确获取声音信号传递信息需转换电信号进行放属第级放果放时产生较噪音会面电路设计造成影响会结果误差前置放器减少噪声方面求高实验时选OPA37AJ放器实验中前置放器电路图322示OPA37AJ放器精度高产生噪声低适合作前置放器
图322 前置放电路图
3带通滤波电路
回波信号身包含着噪声信号前置放器放噪声信号会放检测信号识存定干扰需滤波电路
没噪声信号滤掉根实验数显示回波电路中包含噪声信号热噪音信号高频干扰信号噪声信号60Hz附滤段没干扰信号需带通滤波器课题实验中选基LT1568高频源RC滤波器图323高频滤波器电路图
图323带通滤波器电路图
证明设计带通滤波器试验中利模拟输入噪声信号信号输入带通滤波器输出端取出输出信号输入信号进行实验发现课题设计带通滤波器效果图324325输入带噪声信号滤波器滤波正弦波信号
图324 输入带噪声信号
图325 滤波信号
4放电路
电路消耗滤波信号变非常足续实验提高量信息放电路作前面系列转换信号放工作需幅值数字采样模拟分析做前期准备工作实验中选放芯片AD600芯片芯片电路图326示AD600芯片款噪声低频带宽放倍数放芯片具备般放芯片具功外AD600具输入信号幅值变化产生电压增益产生输入信号者时放出信号相差太AD600芯片非常适合超声回波电路信号处理
图326 AD600芯片放电路
AD600芯片23引脚作正负输入端14引脚作输出VCC13引脚正常工作电压5V增益20倍频30倍频调MC1403D工作提高参考电压
四电磁换器实验研究
41兰姆波激发试验
薄板中存缺陷利兰姆波进行准确检测利电磁超声探头进行相关实验表41实验参数
表41兰姆波激发实验参数
名称
数值
钢板长度
800mm
钢板宽度
300mm
钢板厚度
16mm
探头频率
300KHz
图41实验结果第 2波包伊始超声波形头波波峰首超声波峰时间间隔 117 s超声波波速42735ms实验程中超声频率 300KHz板厚度16mm两者积 48MHzmm通兰姆波群速度频厚积间关系曲线进行查阅知该条件兰姆波波速 4400ms较充分说明产生S1型兰姆波
图41 兰姆波波形示意图
42表面波激发试验
厚板表面表面缺陷通表面波予准确检测表32中数利电磁超声探头产生表面波实验参数
表42表面波激发实验参数
名称
数值
钢板长度
600mm
钢板宽度
400mm
钢板厚度
60mm
探头频率
300KHz
时候利激励兰姆波时探头配置产生回波表明厚板里面兰姆波法满足传播条件法获兰姆波磁场旋转90度便接收图42显示超声波头波中心首超声波峰间时间间隔98 s 发射探头接收探头间距离 270mm超声波波速 27551ms钢板里面表面波波速相吻合充分说明探头激发超声表面波
图42表面波波形示意图
总结
研究电磁超声换器工作原理进行研究现电磁超声换器基础进行优化设计结合国外发表文献研究基础电磁超声换器研究现状进行调查分析总结电磁超声换器参数转换效率影响针现研究中足进行优化设计研究中电磁超声换器损检测应中原理进行量实验研究分析通激励电路接收电路分析改进电磁超声波换器够完成基检测操作
参考文献
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[3]张志刚等兰姆波电磁超声磁致伸缩式激励特性[J]海交通学学报200640(1)133~137
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[5]RBruce ThompsonA model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J]IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic197314340~346
[6]KKawashimaQuantitative Calculation and Measurement of Longitudinal andTransverse Ultrasonic Wave Pulses in SolidIEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics198432(2)83~87
[7]张志刚阙沛文雷华明Lamb波SH波双模式电磁超声检测系统设计实验[J]工业仪表动化装置2005222~24
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[9]张勇等损检测电磁超声换器研究进展[J]损检测20046：275280
[10]朱红秀吴淼刘卓然钢缺陷检测电磁超声传感器优化设计研究[J]仪器仪表学报200627(12)1734~1737）
致谢
整毕业文利撰写完顿时感觉轻松成感回想刚月毕业文撰写第涌入眼前次辛苦写毕业文常天十时泡图书馆查阅资料询问学姐老师请教份毕业文够利写完四年学生活总结
感谢文撰写程中提供帮助学长学文撰写程中遇问题提供帮助意见文利完成功没诚挚说声谢谢
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