[发明专利]耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测方法及装置

权利要求书

1.耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测方法，其特征在于：在连铸坯内弧侧底部设置电磁超声发生器，相对的连铸坯外弧侧上表面设置电磁超声接收器；电磁超声发生器由电磁场产生器和激励线圈构成，激励线圈在高功率猝发射频信号的作用下在连铸坯集肤层表面感应出电涡流，电涡流在电磁场产生器产生的直流偏置磁场作用下，在连铸坯集肤层表面产生交变的洛伦兹力，当激励频率达到20KHz以上时，在交变洛伦兹力的作用下，连铸坯晶格发生弹性机械振动进而产生超声波；超声波在连铸坯内部传播，依次穿过连铸坯的固相区、液固两相区、液相区、液固两相区、固相区后穿出连铸坯形成透射波，透射波被设于连铸坯上表面的电磁超声接收器接收；

通过扫频电路配合不同截止频率的滤波器，以检测透射波不同扫描频率的幅值和相位；通过两种不同扫描频率的相位，按下式可以得到电磁超声波在连铸坯内的渡越时间τ；

其中，为连续扫频相位的改变值，ΔF_r为两次扫频的频率差；

将得到的渡越时间τ代入下式，即可求解得到连铸坯凝固坯壳厚度d；

$d=\frac{(\mathrm{\τ}-\frac{D}{{\stackrel{\‾}{V}}_l})}{2(\frac{1}{{\stackrel{\‾}{V}}_s}-\frac{1}{{\stackrel{\‾}{V}}_l})}$

式中，为电磁超声波在固相中平均传播速度；为电磁超声波在液相中平均传播速度；D为连铸坯厚度。

2.根据权利要求1所述的耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测方法，其特征在于，所述电磁场产生器由硅钢片作为骨架并在骨架上绕制多匝外绝缘漆包绕组线圈构成，绕组线圈通入直流电流，即产生直流偏置磁场；电磁场产生器放置在激励线圈上部，并紧靠激励线圈上表面。

3.根据权利要求1所述的耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测方法，其特征在于，所述高功率猝发射频信号由信号发生器产生，信号发生器包括依次连接的控制模块、信号发生模块、IGBT驱动模块、H桥IGBT逆变模块和阻抗匹配电路Ⅰ，阻抗匹配电路Ⅰ的输出接激励线圈，控制模块控制信号发生模块产生两路在死区时间、频率、周波数可调的准正弦波信号，输出的准正弦波信号通过光电耦合器隔离，送往IGBT驱动模块进行放大后，驱动H桥IGBT逆变模块，经过阻抗匹配电路Ⅰ调谐滤波后产生高功率猝发射频信号，高功率猝发射频信号驱动激励电流高于500A，频率高于20KHz，从而激励激励线圈。

4.根据权利要求3所述的耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测方法，其特征在于，实时检测H桥IGBT逆变模块母线的电压和电流信号，送入鉴相器进行相位差检测，将检测结果作为反馈信号送入控制模块，控制模块再控制信号发生模块，改变激励频率，实现激励频率自动跟踪，确保激励线圈与高功率猝发射频信号的阻抗自动匹配，以满足连铸坯在不同温度条件和不同浇注钢种工况下凝固坯壳电磁超声测厚的阻抗匹配要求。

5.耐高温型凝固坯壳厚度电磁超声扫频检测装置，其特征在于：包括依次连接的控制模块、信号发生模块、IGBT驱动模块、H桥IGBT逆变模块和阻抗匹配电路Ⅰ，阻抗匹配电路Ⅰ的一路输出接电磁超声发生器，阻抗匹配电路Ⅰ的另一路输出通过鉴相器接控制模块；还包括电磁超声接收器，电磁超声发生器和电磁超声接收器用于设置在铸坯内外弧底部及铸坯上表面对应位置，电磁超声接收器用于接收电磁超声发生器发出且穿过铸坯的超声波；电磁超声接收器的输出通过阻抗匹配电路Ⅱ接信号处理模块。