[發(fā)明專利]一種電磁超聲聲時測量方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110431187.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113311073B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁旭;姜超;武新軍
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/44;G01B17/02
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

本發(fā)明提供了一種電磁超聲聲時測量方法及系統(tǒng)，屬于無損檢測領(lǐng)域，方法包括：將激勵信號作用于試件上；根據(jù)接收信號的電壓幅值，確定離散閾值電壓；利用離散閾值電壓將接收信號進行幅值離散化；將幅值離散信號采用數(shù)字I/O口時間離散；對數(shù)字信號進行延時后截斷；計算截斷信號中兩組相鄰回波信號的時間間隔，作為聲時；離散閾值電壓的選擇能夠截取到激勵信號中兩組相鄰的回波信號波峰；截斷信號的區(qū)間內(nèi)至少包含兩組完整的回波信號峰值，且截斷的時間點不在激勵信號的阻塞區(qū)間；延時時間最小為激勵信號周期的0.5倍；時間離散化的采樣率大于激勵信號頻率的兩倍。本發(fā)明可以降低信號處理難度和電路成本，同時保持電磁超聲聲時測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電磁超聲聲時測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

聲時是無損檢測領(lǐng)域中常見的特征量。例如在高強度螺栓軸力測量中，需要測量超聲波沿螺栓軸線傳播的聲時變化，進而計算軸力。在超聲波測厚中，需要測量脈沖回波的聲時計算試件壁厚。高精度、快速的聲時測量方法是無損檢測中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

電磁超聲換能器(Electromagneticacoustictransducer，EMAT)是一種具有非接觸特性的超聲換能器。該換能器是通過在激勵線圈中通以交變電流，進而在金屬試件表面產(chǎn)生感應(yīng)渦流，在由換能器提供的靜態(tài)偏置磁場作用下，試件中的渦流會受到力的作用，非鐵磁性試件中，這種運動的電荷在磁場中受到的力為洛倫茲力，在鐵磁性試件中還包括磁性力和磁致伸縮力，受力的試件表面發(fā)生振動從而形成超聲波。

當(dāng)聲波在試件內(nèi)傳播，當(dāng)遇到聲阻抗變化時發(fā)生反射。在螺栓軸力測量中，反射界面是螺栓另外一端的端面。在電磁超聲測厚中反射界面是試件上下表面。反射回來的聲波被換能器所接收，形成周期性接收信號，聲波接收過程為激勵的逆過程。

當(dāng)獲取接收信號后，通過信號處理，計算反射回波之間的聲時差，可以得到試件厚度信息。與傳統(tǒng)壓電超聲相比，電磁超聲基于電磁場產(chǎn)生機械振動，具有無需耦合劑，對試件表面粗糙要求低的特點，能夠應(yīng)用在高溫、在線、具有一定提離的工況中。在不能對試件打磨，試件高溫等特殊工況檢測中，電磁超聲具有一定的優(yōu)勢。

目前，專利文獻201711132883.7公開了一種雙頻電磁超聲檢測系統(tǒng)，利用低頻信號幅值測得提離后，再通過提離和高頻信號幅值得到缺陷信息。專利文獻201810919668.4公開了一種基于FPGA的便攜式電磁超聲信號數(shù)字處理接收裝置和方法，利用FPGA實現(xiàn)波形采集和顯示。上述兩個專利文獻公開的技術(shù)方案主要依靠高采樣率的AD進行信號采樣，信號處理流程復(fù)雜且處理時間較長，難以實時輸出聲時測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種電磁超聲聲時測量方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的電磁超聲檢測方法主要依賴高采樣率的AD進行信號采樣，信號處理流程復(fù)雜且處理時間較長，難以實時輸出聲時測量的結(jié)果的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電磁超聲聲時測量方法，包括以下步驟：

將電磁超聲波作為激勵信號作用于試件上，獲取接收信號；

根據(jù)接收信號的電壓幅值，確定離散閾值電壓；

利用離散閾值電壓將接收信號進行幅值離散化，獲取幅值離散信號；

將幅值離散信號采用數(shù)字I/O口進行時間離散處理，得到數(shù)字信號；

對數(shù)字信號進行延時處理后截斷，獲取截斷信號；通過截斷信號中的上升沿和下降沿，計算截斷信號中兩組相鄰回波信號的時間間隔，作為聲時；

其中，離散閾值電壓的選擇需滿足能夠截取到激勵信號中兩組相鄰的回波信號波峰；截斷信號的區(qū)間內(nèi)至少包含兩組完整的回波信號峰值，且截斷的時間點不在激勵信號的阻塞區(qū)間；延時時間最小為激勵信號周期的0.5倍；時間離散化處理的采樣率大于激勵信號頻率的兩倍；接收信號為激勵信號在試件的上、下表面反射形成的周期性回波。