電磁超聲換能器動態(tài)阻抗匹配系統(tǒng)研究.pdf

1、本文針對用于高溫連鑄坯殼厚度測量的電磁超聲換能器（EMAT）輸入阻抗受環(huán)境因素影響引起在連鑄坯中激發(fā)的超聲波能量減弱的問題進行了研究。高溫環(huán)境中，EMAT的輸入阻抗會隨著溫度、負載、寄生參數(shù)和提離等因素的不同而變化，當(dāng)驅(qū)動電源輸出阻抗和換能器輸入阻抗不匹配時激勵信號會在傳輸線路上發(fā)生反射，形成駐波，導(dǎo)致?lián)Q能器效率降低和連鑄坯內(nèi)部的超聲波能量發(fā)生損耗，不能滿足檢測超聲的功率要求，從而影響連鑄坯厚度測量精度。為此對EMAT的阻抗特性進行了研

2、究，設(shè)計了一種根據(jù)超聲回波能量即回波包絡(luò)幅值反饋控制的動態(tài)阻抗匹配系統(tǒng)，并調(diào)整其匹配速度和匹配精度，提高了EMAT的換能效率，具有較好的工業(yè)應(yīng)用價值。
　　首先，一方面對常溫環(huán)境下的EMAT回折型線圈采用有限元的方法進行阻抗特性計算，同時給出分布電容的大小，進而確定出特定頻率下的匹配電容值，讓換能器工作在靜態(tài)阻抗匹配狀態(tài)。另一方面利用阻抗分析儀MICROTEST6379測量匹配線圈在不同提離高度、不同試樣溫度和試樣有無缺陷條件下的

3、阻抗變化規(guī)律。對比較成熟的幾種阻抗匹配方式，然后確定了Г型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，建立PicoScope5444A采集的超聲回波能量與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之間的動力學(xué)模型。
　　其次，在實驗室超聲激勵電源基礎(chǔ)上搭建動態(tài)阻抗匹配實驗平臺，對PicoScope采集的超聲回波信號進行包絡(luò)分析，提取主波幅值作為反饋輸入動力學(xué)模型，運用改進的爬山算法不斷解算出新解，通過微控制器實時調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)，搜索優(yōu)化出全局最優(yōu)解，最終達到驅(qū)動輸出和換能器輸入間的