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多通道电磁超声测厚系统

王旻玥;康宜华;叶志坚;王宇翔

【摘要】研究开发了一种多通道电磁超声测厚系统。根据电磁超声测量原理,利用

单脉冲激励EMAT产生超声回波来进行电磁超声测厚。系统采用ARM+FPGA控

制系统运行,16个采样通道同时工作；使用基于UDP协议的Socket网络编程完成

上位机与测厚仪的通信。试验结果表明该系统测厚精度高,能实现管道的快速自动

化测厚。%Amultichannelthicknessmeasurementsystemof

electromagneticultrasonicwasdevelopedinthispaper.Anoverall

structureofARM+FPGAandsinglepulseexcitationwasadoptedinthe

systemtomakeEMATworkaccordingtotheprincipleofe-lectromagnetic

ultrasonicmeasurement.And16samplingchannelsworked

simultaneously.Thecommunicationbetweenthehostcom-puterandthe

measurementsystemwasbasedonsocketnetworkprogrammingofUDP

protocol.Theexperimentalresultsshowthatwithhighprecision,this

systemcanbeusedinrapidautomationmeasurementofpipewall

thickness.

【期刊名称】《仪表技术与传感器》

【年(卷),期】2015(000)006

【总页数】3页(P75-76,91)

【关键词】电磁超声;管道测厚;多通道;UDP协议

【作者】王旻玥;康宜华;叶志坚;王宇翔

【作者单位】华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074;华中科技大

学机械科学与工程学院，湖北武汉430074;华中科技大学机械科学与工程学院，

湖北武汉430074;武汉华宇一目检测装备有限公司，湖北武汉430074

【正文语种】中文

【中图分类】TP274

0引言

管道(或板材)厚度精确快速测量具有广泛的应用前景。电磁超声测厚具有无需耦合

剂、非接触、耐高温等特点［1］，得到了众多学者关注。S.Dixon等设计了一种

电磁超声测厚系统［2］，可用于铝板测厚，精度达0.2%;曹建海等设计了基于

MCS－51单片机的电磁超声测厚系统［3］，测量精度达到0.5%;刘天华等开发

了一套EMAT测距测厚系统［4］，测量精度达到0.1mm，可用于在线测量火车

车轮轮缘、钢板厚度;段伟亮等设计了基于FPGA的电磁超声测厚系统［5］，分辨

力可达0.1m。但以上研究均为单通道测厚，对管道全覆盖快速扫描存在局限。为

此，本文提出一种利用单脉冲激励电磁超声、多板卡级联技术来实现16通道以上

的多通道电磁超声测厚，系统结构简单，可通过上位机完成系统参数的设置、超声

回波显示和厚度监测等功能，适用于自动化超声测厚。

1系统总体架构

电磁超声测厚系统主要由电磁超声换能器(EMAT)、电磁超声测厚仪、上位机3部

分组成。测厚仪内部包括信号激励与接收、信号处理和显示模块等，如图1所示。

EMAT受激励信号的影响，通过一系列电磁效应，产生超声波并转化为电信号。

测厚仪采集到信号，经过滤波等处理，直接显示超声回波脉冲波形和计算得到的被

测件厚度，同时将波形数据和厚度数据送至上位机进行分析处理。整个系统有效实

现了多通道超声回波数据的高速采集、运算、存储、显示等功能。

图1电磁超声测厚系统总体架构

2硬件功能实现

2.1EMAT测厚

本文根据电磁超声测量原理，利用永磁体加平面螺旋线圈制作EMAT，以洛伦兹

力为主导机制力激发超声横波测厚，如图2所示。当高频电流通过线圈时，空气

和金属中感生出交变磁场，从而在工件的趋肤层内感生涡流，在外磁场作用下产生

交变的洛伦兹力，使得工件的材料晶格发生弹性振动，产生超声波。同时，在交变

磁场和外加磁场的作用下，铁磁性工件产生的宏观形变也会激发超