[发明专利]一种双频电磁超声检测系统

说明书

本发明公开一种双频电磁超声检测系统，由数字信号发生器、功率放大器、双工器、磁铁、线圈、金属试样、前置放大器、高通滤波器、低通滤波器和信号处理器组成。数字信号发生器交替产生两种不同频率的数字信号，输入到功率放大器中进行功率放大，经过双工器，驱动线圈。线圈的作用是激励超声波和接收超声回波，超声回波信号经过双工器输入到前置放大器中。信号经过前置放大器放大以后分成两路，分别输入到一个低通滤波器和一个高通滤波器中。滤波之后信号输入到信号处理器中，通过低频信号幅值确定提离距离的大小，再根据提离距离以及高频缺陷回波信号的幅值确定缺陷的尺寸，从而实现在提离距离发生变化时，仍然能对缺陷尺寸进行定量表征。

技术领域

本发明涉及电磁超声无损检测技术，具体为一种双频电磁超声检测系统极其检测方法。

背景技术

电磁超声换能器EMAT(electromagnetic acoustic transducer)是一种利用电磁耦合的方式激励和接收超声波的换能器，具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适用于高温检测等特点，多被应用于金属棒、板、管等的缺陷检测、尺寸测量、应力检测等。电磁超声的作用机理分为两种：洛伦兹力机制和磁致伸缩机制。洛伦兹力机理为：激励线圈中通入高频脉冲电流，因电磁感应在金属试样中耦合出电涡流J，在外部静态磁场B_s和激励线圈产生的动态磁场B_d的作用下产生洛伦兹力：F＝B_s×J+B_d×J，引起金属表面局部受力震动从而产生超声波。磁致伸缩机理只在铁磁性材料中出现，如：铁、镍等，由铁磁性材料的磁致伸缩特性所决定，激励线圈中的交变电流引起线圈周围的磁场发生交变，从而引起铁磁性材料发生交替伸缩变化从而产生超声波，接收过程为激励过程的逆过程。

电磁超声换能器与试件之间的距离称为提离距离，提离距离越大，换能器在试样中耦合出的超声波强度就越低，换能效率越低，反之，就越大。在使用电磁超声检测技术进行在线检测时，待测物体和换能器之间的相对位置会发生变化，且待测物体表面形貌不一定平整，提离距离成为一个未知变量输入到检测系统中。在实施缺陷检测时，一般通过缺陷回波的幅值大小来判断缺陷尺寸的大小，但是如果提离距离变动，则即使检测同一个缺陷，其回波的幅值大小也会不同，这就给缺陷尺寸的定量表征带来困难。现实应用中，多使用机械支撑的方式来固定探头到试样的距离，但是当试样表面形貌不平整时，这种方法并不可靠。本发明解决了在提离距离变动的情况下不能有效的表征出缺陷尺寸的问题。

发明内容

在线检测时，电磁超声检测系统的提离距离不可避免的会发生变动，而该变动会导致对缺陷尺寸的定量表征不准确。本发明通过激发出两种不同频率的超声波，根据低频底面超声波幅值计算提离距离，再根据提离距离和高频缺陷回波幅值计算缺陷尺寸。本发明的目的是在提离距离发生变化时，仍然能对缺陷尺寸进行定量表征。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种双频电磁超声检测系统，包括数字信号发生器(1)、功率放大器(2)、双工器(3)、磁铁(4)、线圈(5)、金属试样(6)、前置放大器(7)、高通滤波器(8)、低通滤波器(9)和信号处理器(10)，所述的磁铁(4)和线圈(5) 构成电磁超声换能器，所述的数字信号发生器(1)交替产生两种不同频率的数字信号，输入到功率放大器(2)中进行功率放大，经过双工器(3)，驱动线圈(5)，线圈(5)的作用是激励超声波和接收超声回波信号，超声回波信号经过双工器(3)输入到前置放大器(7)中，经前置放大器(7)放大以后分两路分别输入到一个低通滤波器(9)和一个高通滤波器(8)中，滤波之后信号输入到信号处理器(10)中，通过两种不同频率的超声回波信号进行缺陷信息判断。

本发明的另一个优选方案是：上述的数字信号发生器(1)间隔产生两种不同频率的数字脉冲信号，其中一种频率较高，另一种频率较低，高频数字信号的频率所对应的超声波波长与缺陷尺寸相当，低频数字信号的频率小于高频信号频率的1/3。