纵波EMAT优化与非接触管道液位监测

来源：系统工程与电子技术杂志2025年第11期北京时间：

作者：师英杰, 周东东, 雷泰然, 黄三傲, 徐科*

单位：1. 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京 100083；2. 中国科学院声学研究所水下航行器实验室，北京 100190；3. 安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243032

摘要：针对在高温高压核电站冷却水管道中，传统的液位监测方法存在接触、侵入的问题，首先，设计一种类 Halbach 结构的纵波电磁超声换能器，通过优化磁路实现信号强度提升约 11.0 dB，采用跑道线圈设计保证声束的分散性，便于减弱回波的影响。然后，提出一种用于液位监测的多传感器部署方案，该方案在管壁激发4 MHz 的3周期测厚脉冲波，根据回波间隔时间计算得到管壁共振频率，激发与壁厚对应的共振波基频及其倍频信号。最后，对回波信号使用经验模态分解去噪，提取归一化包络信息，并将其输入卷积神经网络，以对多传感器的固?气和固?液界面进行分类，通过多传感器的界面判定结果能够有效确定液位高度的区间。实验结果表明，该方法可实现在金属管道内对倾斜及波动液位的稳定测量，展现了较强的工业应用价值。

关键词：电磁超声,液位测量,二次激励共振法,卷积神经网络

基金资助：国家自然科学基金（52174352）资助课题