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CN105180853A - 一种电磁超声金属材料测厚方法 - Google Patents

一种电磁超声金属材料测厚方法 Download PDF

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CN105180853A CN201510582587.6A CN201510582587A CN105180853A CN 105180853 A CN105180853 A CN 105180853A CN 201510582587 A CN201510582587 A CN 201510582587A CN 105180853 A CN105180853 A CN 105180853A
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Abstract

一种电磁超声金属材料测厚方法，它属于金属材料测厚领域。本发明为避免电磁超声的换能效率低，电磁超声回波的峰值点出现时刻不固定，测厚精度低的问题。具体方法：电磁超声发射猝发音脉冲串和电磁超声接收回波脉冲串中包括两种或两种以上频率的脉冲信号，脉冲串中包括连续N1个频率为f1的脉冲信号、连续N2个频率为f2的脉冲信号……连续Ni个频率为fi的脉冲信号N1≥1，N2≥1，Ni≥0；按发射时间和接收时间顺序，获得频率为f1的脉冲串的首个周波起始过零点A或起始峰值点B的时间，首个周波起始过零点A或起始峰值点B的时间与起始发射点的时间间隔即超声传播时间，计算得到金属材料的厚度。本发明用于金属材料厚度的检测。

Description

一种电磁超声金属材料测厚方法
技术领域
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
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。
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。
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
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。
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：
步骤一、电磁超声发射；
步骤二、电磁超声接收；
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：
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
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：
步骤(1)获得频率为f1的脉冲信号和频率为f2的脉冲信号的交界过零点C，f2的脉冲对应的第一个过零点时间TC；
步骤(2)根据步骤1(1)得到的过零点C，以过零点C为基准，获得频率为f1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；
步骤(3)计算相邻过零点A和过零点C之间的时间间隔ΔT＝TC-TA，通过确定A为首个过零点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0与首个过零点TA的时间间隔即超声传播时间T＝TA-T0；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；
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
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：
步骤(1)获得频率为f2的脉冲对应的第一个峰值点D，f2的脉冲对应的第一个峰值点TD；
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f1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；
步骤(3)计算峰值点B和峰值点D值之间的时间间隔ΔT＝TD-TB；通过确定B为首个峰值点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0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。
发明效果
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。
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。
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
图1是发射猝发音脉冲串波形图；图1a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1b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；
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；
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
具体实施方式一：本实施方式的一种电磁超声金属材料测厚方法包括：
步骤一、电磁超声发射如图1；
步骤二、电磁超声接收如图2和3；
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：
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
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：
步骤(1)获得频率为f1的脉冲信号和频率为f2的脉冲信号的交界过零点C，f2的脉冲对应的第一个过零点时间TC；
步骤(2)根据步骤1(1)得到的过零点C，以过零点C为基准，获得频率为f1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；
步骤(3)计算相邻过零点A和过零点C之间的时间间隔ΔT＝TC-TA，通过确定A为首个过零点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0与首个过零点TA的时间间隔即超声传播时间T＝TA-T0；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；
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
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：
步骤(1)获得频率为f2的脉冲对应的第一个峰值点D，f2的脉冲对应的第一个峰值点TD；
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f1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；
步骤(3)计算峰值点B和峰值点D值之间的时间间隔ΔT＝TD-TB；通过确定B为首个峰值点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0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。
本实施方式效果：
本实施方式提供一种电磁超声金属材料测厚方法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，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。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的电磁超声发射具体为：
电磁超声发射的电磁超声发射猝发音脉冲串包含两种及两种以上频率的周期脉冲信号，频率分别为f1、f2……fi；按发射时间顺序，电磁超声发射猝发音脉冲串中包含连续N1个频率为f1的脉冲信号、连续N2个频率为f2的脉冲信号……连续Ni个频率为fi的脉冲信号N1≥1，N2≥1，Ni≥0，其中i>2；其中，电磁超声发射的脉冲信号波型为任意占空比的脉冲波。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的两种以上频率的周期脉冲信号的超声传播时间计算方法与两种频率的的周期脉冲信号的超声传播时间方法相同。

Claims (3)

1.一种电磁超声金属材料测厚方法，其特征在于包括：
步骤一、电磁超声发射；
步骤二、电磁超声接收；
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：
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
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：
步骤(1)获得频率为f1的脉冲信号和频率为f2的脉冲信号的交界过零点C，f2的脉冲对应的第一个过零点时间TC；
步骤(2)根据步骤1(1)得到的过零点C，以过零点C为基准，获得频率为f1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；
步骤(3)计算相邻过零点A和过零点C之间的时间间隔ΔT＝TC-TA，通过确定A为首个过零点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0与首个过零点TA的时间间隔即超声传播时间T＝TA-T0；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；
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
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：
步骤(1)获得频率为f2的脉冲对应的第一个峰值点D，f2的脉冲对应的第一个峰值点TD；
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f1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；
步骤(3)计算峰值点B和峰值点D值之间的时间间隔ΔT＝TD-TB；通过确定B为首个峰值点；
步骤(4)计算起始发射点时间T0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。
2.根据权利要求1所述的一种电磁超声金属材料测厚方法，其特征在于：电磁超声的发射
电磁超声发射的电磁超声发射猝发音脉冲串包含两种及两种以上频率的周期脉冲信号，频率分别为f1、f2……fi；按发射时间顺序，电磁超声发射猝发音脉冲串中包含连续N1个频率为f1的脉冲信号、连续N2个频率为f2的脉冲信号……连续Ni个频率为fi的脉冲信号N1≥1，N2≥1，Ni≥0，其中i>2；其中，电磁超声发射的脉冲信号波型为任意占空比的脉冲波。
3.根据权利要求1所述的一种电磁超声金属材料测厚方法，其特征在于：两种以上频率的周期脉冲信号的超声传播时间计算方法与两种频率的的周期脉冲信号的超声传播时间方法相同。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017181939A1 (zh) * 2016-04-20 2017-10-26 成都千嘉科技有限公司 超声波流量计的超声发送时间校正方法、系统及流量计
CN107643059A (zh) * 2016-12-01 2018-01-30 中国石油化工股份有限公司 电磁超声在线定点测厚方法
CN108362237A (zh) * 2018-02-02 2018-08-03 西安交通大学 利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法及系统
CN111121678A (zh) * 2018-10-31 2020-05-08 中国石油天然气股份有限公司 管道壁厚检测方法及装置
CN113418478A (zh) * 2021-07-26 2021-09-21 重庆潍睿科技有限公司 检测管道外壁积灰厚度的方法及检测系统
CN113739728A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 华中科技大学 一种电磁超声回波声时计算方法及其应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58191911A (ja) * 1982-05-04 1983-11-09 Oki Electric Ind Co Ltd ヘドロ探査機
EP0429854A1 (en) * 1989-11-28 1991-06-05 Nkk Corporation Apparatus for measuring the thickness of clad material
CN1387026A (zh) * 2001-05-17 2002-12-25 深圳市建恒工业自控系统有限公司 高分辨率式超声波传输时间差测量方法
CN1834687A (zh) * 2006-03-24 2006-09-20 成都中科动态仪器有限公司 双频信号飞行时间测量方法及其测量装置
JP2007064904A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Jfe Engineering Kk 超音波による厚さ測定方法及びその装置
CN101504391A (zh) * 2009-03-11 2009-08-12 湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司 厚壁大径管对接焊缝根部缺陷检测方法
CN101614533A (zh) * 2008-06-26 2009-12-30 中国科学院金属研究所 一种能精确测量超薄工件厚度方法及仪器
CN102109333A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 小曲率半径复杂曲面智能超声波测厚系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58191911A (ja) * 1982-05-04 1983-11-09 Oki Electric Ind Co Ltd ヘドロ探査機
EP0429854A1 (en) * 1989-11-28 1991-06-05 Nkk Corporation Apparatus for measuring the thickness of clad material
JPH03167418A (ja) * 1989-11-28 1991-07-19 Teitsuu Denshi Kenkyusho:Kk クラッド厚さ測定装置
CN1387026A (zh) * 2001-05-17 2002-12-25 深圳市建恒工业自控系统有限公司 高分辨率式超声波传输时间差测量方法
JP2007064904A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Jfe Engineering Kk 超音波による厚さ測定方法及びその装置
CN1834687A (zh) * 2006-03-24 2006-09-20 成都中科动态仪器有限公司 双频信号飞行时间测量方法及其测量装置
CN101614533A (zh) * 2008-06-26 2009-12-30 中国科学院金属研究所 一种能精确测量超薄工件厚度方法及仪器
CN101504391A (zh) * 2009-03-11 2009-08-12 湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司 厚壁大径管对接焊缝根部缺陷检测方法
CN102109333A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 小曲率半径复杂曲面智能超声波测厚系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA的电磁超声测厚仪;段伟亮等;《仪表技术与传感器》;20100430(第4期);第14-16页，第19页 *
基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置;宫佳鹏等;《仪表技术与传感器》;20110531(第5期);第78-81页 *
宫佳鹏等: "基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置", 《仪表技术与传感器》 *
段伟亮等: "基于FPGA的电磁超声测厚仪", 《仪表技术与传感器》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017181939A1 (zh) * 2016-04-20 2017-10-26 成都千嘉科技有限公司 超声波流量计的超声发送时间校正方法、系统及流量计
CN107643059A (zh) * 2016-12-01 2018-01-30 中国石油化工股份有限公司 电磁超声在线定点测厚方法
CN108362237A (zh) * 2018-02-02 2018-08-03 西安交通大学 利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法及系统
CN111121678A (zh) * 2018-10-31 2020-05-08 中国石油天然气股份有限公司 管道壁厚检测方法及装置
CN111121678B (zh) * 2018-10-31 2021-06-01 中国石油天然气股份有限公司 管道壁厚检测方法及装置
CN113418478A (zh) * 2021-07-26 2021-09-21 重庆潍睿科技有限公司 检测管道外壁积灰厚度的方法及检测系统
CN113739728A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 华中科技大学 一种电磁超声回波声时计算方法及其应用

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