基于多个转换波形的非介入式压力检测方法研究

发布时间：2017-08-10 07:02

  本文关键词：基于多个转换波形的非介入式压力检测方法研究

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【摘要】：压力容器广泛应用于工业领域,数量巨大。它作为特种承压设备往往承载着易燃易爆、剧毒或腐蚀介质。压力容器一旦发生事故,容易导致火灾、中毒、污染等灾难发生,严重破坏国民经济,故其压力状态必须得到实时监测。传统的压力检测方法通常需要在容器外壁凿孔,破坏容器的结构完整性,容易引起爆炸。因此,研究一种非介入式压力检测方法是非常必要的。在研究了国内外相关文献的基础上,本文结合声弹性效应与薄壳理论,提出了一种基于多个转换波形(临界折射纵波与多个反射纵波)的压力检测方法。实验结果表明,相比常用的基于单一波形的测量方法,该方法有效降低了温度影响,测量精度较高,相对平均误差控制在7%以下,均方根误差在0.3 MPa以内。本文的主要工作和创新点包括：(1)建立了超声波(临界折射纵波、反射纵波)传播时延与压力之间的关系模型。根据声弹性效应建立了波的传播速度与应力关系；根据板壳理论建立了压力与应力之间的关系；以应力为中间变量,推导出了基于超声波的压力-时延测量模型。由于波的声弹性效应很微弱,压力引起的传播时延很小,本文引入FIR数字滤波器用于抑制噪声信号,并通过互相关法求取时延。实验结果表明,基于FIR滤波的互相关法有效实现了时延测量,准确度高。(2)理论研究了超声波频率对压力测量性能的影响。以临界折射纵波为对象,本文分析了波的渗透深度与频率之间关系；利用有限元软件ANSYS分析了管壁层的应力分布；建立了波的传播时延与频率关系。实验结果表明,随着频率的增加,相同压力下波的传播时间增加,有助于提高灵敏度；但同时接收波信号幅值衰减更严重,信噪比降低,很可能会引起测量准确度下降。综合这两方面的影响,本文选择了5 MHz超声探头用于超声波的激发与接收。(3)提出了一种基于多个转换波形的压力测量方法。分析基于单一波形的压力测量方法发现,其测量精度不高。原因主要有两个方面：一方面,过度依赖单一波形的时延测量精度,而时延测量容易受环境噪声干扰；另一方面,临界折射纵波与众多反射纵波的传播时廷容易受温度影响。由于临界折射纵波、反射纵波时延均随压力、温度呈线性变化,基于信息融合思想,本文提出了基于多个转换波形的压力测量方法,能有效降低温度影响,提高压力测量精度。(4)以两水介质压力容器为实验对象,对不同的压力测量模型进行实验研究。实验结果表明,相比于基于单一波形的压力测量方法,本文提出的方法取得了良好的测量精度。
【关键词】：压力测量 非介入式 压力容器 临界折射纵波 反射纵波 频率影响 温度影响
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TP274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 压力容器12-13
• 1.2 压力检测技术及进展13-18
• 1.2.1 传统的压力检测方法13-14
• 1.2.2 非介入式压力测量方法14-18
• 1.3 本文研究的主要内容和意义18-20
• 第2章 超声波压力检测技术理论分析20-40
• 2.1 超声波概述20-21
• 2.2 超声波的波形转换分析21-26
• 2.2.1 临界折射纵波22-23
• 2.2.2 反射纵波23-26
• 2.3 超声波压力测量方法的可行性分析26-32
• 2.3.1 基于声弹性效应的波速-应力模型26-29
• 2.3.2 基于板壳理论的压力-应力模型29-30
• 2.3.3 基于超声波的压力-时廷测量模型30-32
• 2.4 超声波传播时延测量方法研究32-37
• 2.4.1 时差法时延测量32-34
• 2.4.2 基于FIR滤波的互相关法时廷测量34-37
• 2.5 本章小结37-40
• 第3章 超声频率对压力检测性能的影响分析40-50
• 3.1 超声波探头40-41
• 3.2 超声波频率影响分析41-45
• 3.2.1 波的渗透深度42
• 3.2.2 管壁层的应力分布分析42-45
• 3.2.3 频率对波的传播时间影响45
• 3.3 频率影响分析的实验验证45-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 基于多个转换波形的压力测量模型50-64
• 4.1 压力测量模型的评价指标50-51
• 4.2 温度影响51-58
• 4.2.1 一发两收探头模式52-55
• 4.2.2 超声波探头固定装置设计55-58
• 4.3 基于不同波形的压力测量模型对比分析58-62
• 4.3.1 基于单一波形的压力测量模型分析58-61
• 4.3.2 基于多个转换波形的压力测量模型分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 基于多个转换波形的压力测量实验分析64-76
• 5.1 压力检测实验系统64-67
• 5.2 基于不同波形的压力测量模型67-73
• 5.2.1 基于单一波形的压力测量模型71-72
• 5.2.2 基于多个转换波形的压力测量模型72-73
• 5.3 测量结果与误差分析73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间的主要科研成果82

【参考文献】

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本文编号：649338