一種電磁超聲金屬材料測厚方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬材料的測厚領域，具體涉及一種電磁超聲金屬材料測厚方法。
【背景技術】
[0002] 金屬材料在生產過程中由于加工工藝的限制難免出現厚度不均的情況，而在使用 過程中也會因應力及腐蝕等因素而出現厚度變化。厚度的精確測量是確保金屬材料質量和 性能的重要手段。目前廣泛采用傳統的壓電超聲技術進行測厚，但壓電超聲技術檢測時需 要耦合劑的特性不僅限制了超聲波的檢測效率和應用范圍，而且檢測成本較高。
[0003] 電磁超聲技術無需耦合劑，是非接觸測量技術，彌補了壓電超聲技術的不足，在國 內外得到了廣泛應用。國外在十多年前就利用電磁超聲測厚儀取代壓電超聲測厚儀在鐵 軌、油氣、管道等領域的應用，提高了檢測效率，節約了檢測成本。但由于電磁超聲的換能效 率很低，接收回波十分微弱，信噪比差，限制了電磁超聲測厚精度的提高。
[0004] 為了有效地提高測厚精度，國內在電磁超聲換能器、測厚裝置、回波的處理方 法等方面進行了研究，不斷有電磁超聲測厚技術相關的專利出現。如專利申請號為 201110444492. X，發明名稱為《用于測量試件壁厚的電磁超聲傳感器及其測量方法》的發明 專利，以及專利申請號為200810226405. 1，發明名稱為《電磁超聲測厚方法》的發明專利，以 上兩個專利從換能器的角度出發設計適用于特定場合的換能器，從而提高信噪比。申請號 為200910073194. 7,發明名稱為《一種電磁超聲測厚儀及其測量方法》的發明專利提到了一 種電磁超聲測厚裝置的原理及裝置的測厚流程。但由于電磁超聲接收回波十分微弱，且信 噪比差的特性，傳統測厚方法一般通過計算超聲峰值到達的時刻確定傳播時間。由于電磁 超聲波形的不規律性和金屬材料屬性的不同，超聲回波峰值出現時刻并不固定，從而使傳 播時間的計算出現誤差。
【發明內容】
[0005] 本發明為了避免電磁超聲的換能效率低，接收回波十分微弱且信噪比差，以及電 磁超聲回波的峰值點出現的時刻并不固定，測厚精度低的問題；進而提供一種電磁超聲金 屬材料測厚方法。
[0006] 本發明所述的電磁超聲金屬材料測厚方法通過接收電磁超聲發射的回波信號，獲 得超聲傳播時間即接收信號的首個周波的起始過零點或起始峰值點與發射信號的首個周 波起始點的時間間隔，計算金屬材料厚度的具體技術方案如下：
[0007] 步驟一、電磁超聲發射；
[0008] 步驟二、電磁超聲接收；
[0009] 電磁超聲接收通過對電磁超聲發射信號的接收，得到首個過零點或首個峰值點， 最終得到超聲傳播時間T，計算金屬材料的厚度
其中，電磁超聲接收回波脈沖串 包含兩種及兩種以上頻率的周期脈沖信號；以兩種頻率的周期脈沖信號中首個周波的起始 過零點或首個峰值點計算超聲傳播時間，具體步驟如下：
[0010] 步驟1、確定兩種頻率的周期脈沖信號中首個周波的起始過零點
[0011] 獲得脈沖串中每一個脈沖的過零點時間，最終得到第一個脈沖波首個過零點，通 過兩個頻率起始過零點之間的時間間隔，確定首個周波的起始過零點步驟如下：
[0012] 步驟（1)獲得頻率為的脈沖信號和頻率為f2的脈沖信號的交界過零點(：4 2的 脈沖對應的第一個過零點時間Tc;
[0013] 步驟（2)根據步驟I (1)得到的過零點C，以過零點C為基準，獲得頻率為脈沖 信號的所有過零點，并得到第一個過零點A即為首個周波反射脈沖串的到達時間Ta;
[0014] 步驟（3)計算相鄰過零點A和過零點C之間的時間間隔Δ T = Te_TA，通過△T=# 確定A為首個過零點；
[0015] 步驟（4)計算起始發射點時間Τ。與首個過零點T Α的時間間隔即超聲傳播時間T =ΤΑ_Τ。;計算得到金屬材料的厚度S，如公式
其中，V表示超聲波在金屬材料中的 傳播速度；
[0016] 步驟2、確定兩種頻率的周期脈沖信號中首個周波的起始峰值點
[0017] 獲得電磁超聲接收回波脈沖串中每一個脈沖的峰值時間，最終得到首個周波的起 始峰值點，通過兩個頻率起始峰值點之間的時間間隔，確定首個周波的起始峰值點步驟如 下：
[0018] 步驟（1)獲得頻率為f2的脈沖對應的第一個峰值點D，f 2的脈沖對應的第一個峰 值點Td;
[0019] 步驟（2)根據步驟2 (1)得到的峰值點D，以峰值點D為基準，獲得頻率為脈沖 信號的所有峰值點，第一個峰值點B即為首個周反射脈沖串的波峰值的到達時間Tb;
[0020] 步驟（3)計算峰值點B和峰值點D值之間的時間間隔Δ T = Td-Tb;通過
確定B為首個峰值點；
[0021] 步驟⑷計算起始發射點時間T。與首個峰值點Tb的時間間隔即超聲傳播時間
計算得到金屬材料的厚度S，如公式
：其中，V表示超聲波在金屬材 料中的傳播速度。
[0022] 發明效果
[0023] 本發明提供一種電磁超聲金屬材料測厚方法通過接收電磁超聲發射的回波信號， 獲得超聲傳播時間，計算金屬材料厚度。
[0024] 本發明與現有的壓電測厚技術相比，本發明不需要耦合劑，成本低，檢測效率高， 并且適用于高溫、低溫和金屬表面粗糙的情況，應用范圍較廣。
[0025] 本發明通過得到獲得超聲傳播時間、即接收信號的首個周波的起始過零點或起始 峰值點與發射信號的首個周波起始點的時間間隔，計算得到金屬材料的厚度。
【附圖說明】
[0026] 圖1是發射猝發音脈沖串波形圖；圖Ia是電磁超聲發射猝發音脈沖串中包含兩種 頻率的周期脈沖信號波形圖，圖Ib是電磁超聲發射猝發音脈沖串中包含兩種以上頻率的 周期脈沖信號波形圖；
[0027] 圖2是兩種頻率的周期脈沖信號的接收回波脈沖串波形圖；圖2a是兩種頻率的周 期脈沖信號的接收回波脈沖串中起始過零點示意圖，圖2b是兩種頻率的周期脈沖信號的 接收回波脈沖串中起始峰值點示意圖；
[0028] 圖3是兩種以上頻率的周期脈沖信號的接收回波脈沖串波形圖；圖3a是兩種以上 頻率的周期脈沖信號的接收回波脈沖串中起始過零點示意圖，圖3b是兩種以上頻率的周 期脈沖信號的接收回波脈沖串中起始峰值點示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0029] 一：本實施方式的一種電磁超聲金屬材料測厚方法包括：
[0030] 步驟一、電磁超聲發射如圖1 ;
[0031] 步驟二、電磁超聲接收如圖2和3 ;
[0032] 電磁超聲接收通過對電磁超聲發射信號的接收，得到首個過零點或首個峰值點， 最終得到超聲傳播時間τ，計算金屬材料的厚度s:=4 /τ，其中，電磁超聲接收回波脈沖串 包含兩種及兩種以上頻率的周期脈沖信號；以兩種頻率的的周期脈沖信號中首個周波的起 始過零點或首個峰值點計算超聲傳播時間，具體步驟如下：
[0033] 步驟1、確定兩種頻率的周期脈沖信號中首個周波的起始過零點
[0034] 獲得脈沖串中每一個脈沖的過零點時間，最終得到第一個脈沖波首個過零點，通 過兩個頻率起始過零點之間的時間間隔