一种电磁超声金属材料测厚方法

文档序号:9429174
一种电磁超声金属材料测厚方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料的测厚领域,具体涉及一种电磁超声金属材料测厚方法。
【背景技术】
[0002] 金属材料在生产过程中由于加工工艺的限制难免出现厚度不均的情况,而在使用 过程中也会因应力及腐蚀等因素而出现厚度变化。厚度的精确测量是确保金属材料质量和 性能的重要手段。目前广泛采用传统的压电超声技术进行测厚,但压电超声技术检测时需 要耦合剂的特性不仅限制了超声波的检测效率和应用范围,而且检测成本较高。
[0003] 电磁超声技术无需耦合剂,是非接触测量技术,弥补了压电超声技术的不足,在国 内外得到了广泛应用。国外在十多年前就利用电磁超声测厚仪取代压电超声测厚仪在铁 轨、油气、管道等领域的应用,提高了检测效率,节约了检测成本。但由于电磁超声的换能效 率很低,接收回波十分微弱,信噪比差,限制了电磁超声测厚精度的提高。
[0004] 为了有效地提高测厚精度,国内在电磁超声换能器、测厚装置、回波的处理方 法等方面进行了研究,不断有电磁超声测厚技术相关的专利出现。如专利申请号为 201110444492. X,发明名称为《用于测量试件壁厚的电磁超声传感器及其测量方法》的发明 专利,以及专利申请号为200810226405. 1,发明名称为《电磁超声测厚方法》的发明专利,以 上两个专利从换能器的角度出发设计适用于特定场合的换能器,从而提高信噪比。申请号 为200910073194. 7,发明名称为《一种电磁超声测厚仪及其测量方法》的发明专利提到了一 种电磁超声测厚装置的原理及装置的测厚流程。但由于电磁超声接收回波十分微弱,且信 噪比差的特性,传统测厚方法一般通过计算超声峰值到达的时刻确定传播时间。由于电磁 超声波形的不规律性和金属材料属性的不同,超声回波峰值出现时刻并不固定,从而使传 播时间的计算出现误差。

【发明内容】

[0005] 本发明为了避免电磁超声的换能效率低,接收回波十分微弱且信噪比差,以及电 磁超声回波的峰值点出现的时刻并不固定,测厚精度低的问题;进而提供一种电磁超声金 属材料测厚方法。
[0006] 本发明所述的电磁超声金属材料测厚方法通过接收电磁超声发射的回波信号,获 得超声传播时间即接收信号的首个周波的起始过零点或起始峰值点与发射信号的首个周 波起始点的时间间隔,计算金属材料厚度的具体技术方案如下:
[0007] 步骤一、电磁超声发射;
[0008] 步骤二、电磁超声接收;
[0009] 电磁超声接收通过对电磁超声发射信号的接收,得到首个过零点或首个峰值点, 最终得到超声传播时间T,计算金属材料的厚度
其中,电磁超声接收回波脉冲串 包含两种及两种以上频率的周期脉冲信号;以两种频率的周期脉冲信号中首个周波的起始 过零点或首个峰值点计算超声传播时间,具体步骤如下:
[0010] 步骤1、确定两种频率的周期脉冲信号中首个周波的起始过零点
[0011] 获得脉冲串中每一个脉冲的过零点时间,最终得到第一个脉冲波首个过零点,通 过两个频率起始过零点之间的时间间隔,确定首个周波的起始过零点步骤如下:
[0012] 步骤(1)获得频率为的脉冲信号和频率为f2的脉冲信号的交界过零点(:4 2的 脉冲对应的第一个过零点时间Tc;
[0013] 步骤(2)根据步骤I (1)得到的过零点C,以过零点C为基准,获得频率为脉冲 信号的所有过零点,并得到第一个过零点A即为首个周波反射脉冲串的到达时间Ta;
[0014] 步骤(3)计算相邻过零点A和过零点C之间的时间间隔Δ T = Te_TA,通过△T=# 确定A为首个过零点;
[0015] 步骤(4)计算起始发射点时间Τ。与首个过零点T Α的时间间隔即超声传播时间T =ΤΑ_Τ。;计算得到金属材料的厚度S,如公式
其中,V表示超声波在金属材料中的 传播速度;
[0016] 步骤2、确定两种频率的周期脉冲信号中首个周波的起始峰值点
[0017] 获得电磁超声接收回波脉冲串中每一个脉冲的峰值时间,最终得到首个周波的起 始峰值点,通过两个频率起始峰值点之间的时间间隔,确定首个周波的起始峰值点步骤如 下:
[0018] 步骤(1)获得频率为f2的脉冲对应的第一个峰值点D,f 2的脉冲对应的第一个峰 值点Td;
[0019] 步骤(2)根据步骤2 (1)得到的峰值点D,以峰值点D为基准,获得频率为脉冲 信号的所有峰值点,第一个峰值点B即为首个周反射脉冲串的波峰值的到达时间Tb;
[0020] 步骤(3)计算峰值点B和峰值点D值之间的时间间隔Δ T = Td-Tb;通过
确定B为首个峰值点;
[0021] 步骤⑷计算起始发射点时间T。与首个峰值点Tb的时间间隔即超声传播时间
计算得到金属材料的厚度S,如公式
:其中,V表示超声波在金属材 料中的传播速度。
[0022] 发明效果
[0023] 本发明提供一种电磁超声金属材料测厚方法通过接收电磁超声发射的回波信号, 获得超声传播时间,计算金属材料厚度。
[0024] 本发明与现有的压电测厚技术相比,本发明不需要耦合剂,成本低,检测效率高, 并且适用于高温、低温和金属表面粗糙的情况,应用范围较广。
[0025] 本发明通过得到获得超声传播时间、即接收信号的首个周波的起始过零点或起始 峰值点与发射信号的首个周波起始点的时间间隔,计算得到金属材料的厚度。
【附图说明】
[0026] 图1是发射猝发音脉冲串波形图;图Ia是电磁超声发射猝发音脉冲串中包含两种 频率的周期脉冲信号波形图,图Ib是电磁超声发射猝发音脉冲串中包含两种以上频率的 周期脉冲信号波形图;
[0027] 图2是两种频率的周期脉冲信号的接收回波脉冲串波形图;图2a是两种频率的周 期脉冲信号的接收回波脉冲串中起始过零点示意图,图2b是两种频率的周期脉冲信号的 接收回波脉冲串中起始峰值点示意图;
[0028] 图3是两种以上频率的周期脉冲信号的接收回波脉冲串波形图;图3a是两种以上 频率的周期脉冲信号的接收回波脉冲串中起始过零点示意图,图3b是两种以上频率的周 期脉冲信号的接收回波脉冲串中起始峰值点示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0029] 一:本实施方式的一种电磁超声金属材料测厚方法包括:
[0030] 步骤一、电磁超声发射如图1 ;
[0031] 步骤二、电磁超声接收如图2和3 ;
[0032] 电磁超声接收通过对电磁超声发射信号的接收,得到首个过零点或首个峰值点, 最终得到超声传播时间τ,计算金属材料的厚度s:=4 /τ,其中,电磁超声接收回波脉冲串 包含两种及两种以上频率的周期脉冲信号;以两种频率的的周期脉冲信号中首个周波的起 始过零点或首个峰值点计算超声传播时间,具体步骤如下:
[0033] 步骤1、确定两种频率的周期脉冲信号中首个周波的起始过零点
[0034] 获得脉冲串中每一个脉冲的过零点时间,最终得到第一个脉冲波首个过零点,通 过两个频率起始过零点之间的时间间隔
再多了解一些
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