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基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化

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admin 发表于 2024-12-14 12:26 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化
摘要:为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数(占空比,最大脉冲宽度等)限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器(EMAT).建立了基于tone-burst信号激励-Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波EMAT检测过程的有限元模型,分析了永磁体的配置形式、阵元序列长度、激励信号周期数、曲折线圈匝数等因素对脉冲压缩后的主旁瓣比和主瓣宽度的影响,并进行了实验验证.结果表明:曲折线圈匝数为4和Barker码序列长度为13位的多阵元EMAT在配置3对外置永磁体后,其信噪比(SNR)可提高9.8dB.综合考虑检测回波的空间分辨率和SNR,多阵元Lamb波EMAT最佳参数为:曲折线圈匝数为10、激励信号周期数为11、Barker序列为13位,并配置3对外置永磁体.

Abstract:TraditionalBarkercodepulsecompressiontechnologyisconstrainedbyratedparametersofpulsepoweramplifiers(dutycycle,maximumpulsewidth),resultinginreducedpulsecompressioneffectivenessanddetectionspeed.Amulti-elementLambwaveElectromagneticAcousticTransducer(EMAT)basedonBarkercodepulsecompressiontechnologyisproposed.Inthismulti-elementEMAT,thecombinationofapermanentmagnetandameanderlinecoilisconsideredanindependentelement,andthedirectionoftheLorentzforceiscontrolledbythemagneticfielddirectionofthepermanentmagnetandthecurrentdirectionofthemeanderlinecoilineachgroupofarrayelements.Inthisway,theexcitedLambwavephase{0,180°}isconsistentwiththeBarkercodesequence{1,-1},ultimatelygeneratingLambwavesinBarkercodeform.Afiniteelementmodelforthemulti-elementLambwaveEMATdetectionprocessisestablishedbasedonBarkercodepulsecompressiontechnologywithtone-burstexcitation.Theinfluenceoffactors(permanentmagnetconfiguration,arrayelementsequencelength,excitationsignalcyclecount,andmeanderlinecoilturns)onpeak-sideloberatioandmainlobewidthafterpulsecompressionisanalyzed.Theresultsshowthatconfiguringexternalpermanentmagnetsimprovesthesignal-to-noiseratio(SNR)ofpulse-compressedsignalsaftersidelobesuppressionwhenthemulti-elementLambwaveEMATisexcitedbytone-burstsignals.TheSNRofthedetectionechocanbeincreasedby9.8dBwhenthemulti-elementEMATwithafour-turnmeanderlinecoilanda13-bitBarkercodesequencelengthisconfiguredwiththreepairsofexternalpermanentmagnets.Asthenumberofexcitationsignalcyclesincreases,themainlobewidthofthepulse-compressedsignalaftersidelobesuppressionexhibitsacontinuouslyincreasingtrend,andtheSNRinitiallyincreasesandthendecreases.AsthelengthoftheBarkersequenceincreases,theSNRofthepulse-compressedsignalaftersidelobesuppressionshowsacontinuouslyincreasingtrend.ConsideringthespatialresolutionandSNRofthedetectedecho,theoptimalparametersofthemulti-elementLambwaveEMATarea10-turnmeanderlinecoil,11excitationsignalcycles,a13-bitBarkersequence,andaconfigurationwiththreepairsofexternalpermanentmagnets.Thenewmulti-elementEMATsuccessfullygeneratesLambwavesinBarkercodeformwhenexcitedwithatone-burstsignal.Afterthepulsecompression,theLambwavesignaleffectivelysuppressessidelobesbycalculatingdelaytimeandperformingsidelobesuppression.Themulti-elementLambwaveEMATbasedontone-burstexcitationandBarkercodepulsecompressiontechnologyimprovesultrasonicsignals'SNRandspatialresolution.Whenappliedtoguidedwavedetectioninmetalplatesorpipeswithvaryingthicknesses,maintainingconsistentspacingbetweenarrayelementsiscrucialforpulsecompressioneffects.Ensuringuniformandconsistentmagneticfielddistributionforeacharrayelementisalsobeneficial.

作者:石文泽  李淇鑫  卢超  胡博  刘远Author:ShiWenze  LiQixin  LuChao  HuBo  LiuYuan
作者单位:南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(8)
分类号:TG115.28+5
关键词:电磁超声换能器  Barker码脉冲压缩  多阵元Lamb波EMAT  信噪比  空间分辨率  
Keywords:Electromagneticultrasonictransducer  Barkercodepulsecompression  multi-elementLambwaveEMAT  signal-to-noiseratio  spatialresolution  
机标分类号:TN722.75TN911.7TM151
在线出版日期:2024年4月29日
基金项目:国家自然科学基金,国家自然科学基金,国防基础科研计划,江西省主要学科与技术带头人培训计划,江西省主要学科与技术带头人培训计划,江西省杰出青年基金,江西省重点研发计划,江西省重点研发计划,南昌航空大学研究生创新专项资金资助项目基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(8)石文泽  李淇鑫  卢超  胡博  刘远为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数(占空比,最大脉冲宽度等)限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器(EMAT).建立了基...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化.pdf
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