高精度手持式电磁超声测厚仪.pdf

第5期
Instrument Technique and Sensor
高精度手持式电磁超声测厚仪
李永度,孙峥,赵辉,陈丽影,翟国富
(哈尔滨工业大学军用电器研究所,黑龙江哈尔滨15000
摘要:研制了高精度手持式电磁超声测厚仪。根据电磁超声回波峰值出现时刻不规律的特点,采用了基于首个周波
检测的电磁超声测厚方法。设计了基于FPGA的大功率发射电路和低噪声接收电路,实现了超声波发射和低噪声接收
设计了基于ARM处理器的嵌入式 Linux软件,实现了厚度计算、波形显示、参数迓置、厚度一距离曲线等功能。利用该测
厚仪对不同厚度的铝合金标准试块和钢板进行测厚实验。实验结果表明,该测厚仪分辨力达到0.01mm,测量厚度可精
确到0.001mm
关键词:高精度;手持式;电磁超声;测厚
中图分类号:TP274
文献标识码:A
文章编号:1002-1841(12016)05-0032-03
High Aceuracy Hand-held Thickness Gauge
LI Yong-qian, SUN Zheng, ZHAO Hui, CHEN Li-ying, ZHAT Guo-fu
(Military Apparatus Research Institute Harbin Institute of Technology, Harbin 150001,China
Abstract A high accuracy hand-held thickness gauge with electromagnetic acoustic transducer was developed. The arrival time
of electromagnetic ultrasonic echo peak is irregular, so the method based on the first cycle was adopted High-power transmitter cir-
cuit and low-noise receiver circuit were designed by FPGA, implementing ultrasonic emission and low-noise receiver. An embedded
Linux software was developed to realize user interface by ARM such as thickness calculate, waveform display, parameter settings
thickness-distance curve and so on. Experimental results show that the discreteness of the digital reference of the thickness gauge is
0.001mm and resolution reaches 0.01mm
Keywords; high-accuracy; hand-held; EMAT thickness gauge
引言
变磁场,进而在铝板内产生与线圈电流方向相反、频率相同的
厚度的精确测量是材料质量控制的重要手段。电磁超声涡流,涡流在外加静态偏置磁场作用下,受到洛伦兹力作用,引
测厚技术具有无需耦合剂,非接触的特点,相比传统的压电超起质点周期性振动,这种振动以波的形式传播就形成了超声
声测厚方式在高低温和表面粗糙等场合具有独特优勢。美国、体波。
俄罗斯等国家在电磁超声方面的研究起步较早,在十余年前就
本文采用最常用的脉冲反射法进行测厚,通过记录回波时
利用电磁超声测厚仪取代压电超声测厚仪在油气、铁轨、管道间t计算试件厚度,厚度s测量公式为
等领域应用,提升了检测效率,节约了检测成本2。国内,曹
建海等人设计了基于MCS-51单片机的电磁超声测厚系统,适式中c为超声波声速。
用于钢板、管材的测厚,测厚精度0.5%]。王旻明等人设计了
永磁铁
16通道的电磁超声测厚系统,系统分辨力达到0.1mm4。段
磁场
N
伟亮等人设计了基于 FPGA的电磁超声测厚系统,分辨力
电流
螺旋线
0.1mm。在企业方面,汕头超声、中科创新等公司分别研制
祸流
试件
了便携式电磁超声测厚仪,测厚精度0.01mm,但未给出分辨力
质点动
及测量误差指标。目前,国内鮮有分辦力0.01m或更高分辨力
体波
的电磁超声测厚仪的报道。因此,研制高精度电磁超声测厚仪
图1电磁超声换能罱工作机理
具有重要的理论意义和实用价值。
声波的声速可以通过校准方式确定,因此最终测厚精度取
1EMAT测厚原理
电磁超声换能器(EMAT)由3分组成,即永磁体、线圈和
决于超声波传播时间。由于电磁超声接收回波十分微弱,且信
被测试件。厚板检测时通常使用超声体波。为了兼顾回波强
噪比差,因此传统测厚算法一般通过计算超声峰值到达的时刻
度和换能器尺寸,本文选择螺旋线圈配合圆形永磁体的方式构确定传播时间。由于电磁超声体波波形的不规律性和材料属
造电磁超声体波换能器?。工作机理如图1所示。线圈中通
性的不同,超声回波峰值出现时刻并不固定,存在“漂移”现象,
从而使传播时间的计算出现误差。
以高频交变电流,高频交变电流会在铝板中产生频率相同的交
为了使测厚更加精确,本文通过计算超声冋波的首个周波
收稿日期:2015-08-28
到达时间确定传播时间t。但是电磁超声回波信号的首波十分