基于电磁波传播特性的在线无损检测系统

发布时间：2017-10-06 18:18

  本文关键词：基于电磁波传播特性的在线无损检测系统

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【摘要】：金属、非金属的构件在长期服役的过程中材料属性可能会发生改变,严重时会失效损毁,酿成安全事故,因此在不影响其正常运行的情况下对各种构件状态进行评估具有重要意义。与常规无损检测方法相比,基于电磁波传播特性的无损检测方法具有非接触、检测速度快、适应性强、安装调试方便以及易于实现在线检测等优点。本文在研究电磁波传播特性的基础上,设计了一套在线无损检测系统并进行了检测试验。主要内容如下:首先,分析了矩形微波波导中的主模态和雕落模态,建立了电磁波传播过程的模态混叠分解物理模型和VMD分解数学模型之间的联系,针对微波波导提出了基于Variational Mode Decomposition(VMD)的传播模态分解与特征增强方法,通过混凝土覆盖下的钢板缺陷检测试验证明了该算法的有效性。其次,在甚高频频段通过仿真研究了模型电磁参数及结构损伤状况对电磁波传播特性的影响,建立了电磁波穿透及反射系数模型,以模拟待测构件状态变化下的电磁波传播特性演化。该模型涵盖了常见的穿透检测、几何缺陷检测、材料属性变化检测等场景,具有典型性。再次,根据仿真结果进行检测系统硬件设计,本文针对信号激励、信号放大、传感器、信号调理、信号采集等部分进行了设计或选型,重点设计了传感器和信号调理电路。基于LabVIEW平台开发了检测软件,包括图形显示、参数设定、统计量、采集控制、数据功能以及分析功能六大模块,具有基本的采集控制、信号特征值实时显示、数据保存回放功能以及频谱分析、包络分析等数据分析功能。最后,利用本文所开发的检测系统,结合仿真分析,对油液磨粒含量、金属表面缺陷以及金属表面拉伸变形三个应用进行了检测试验,具体内容包括检测试样制备、试验方案设计以及试验结果分析,试验结果与仿真结果具有良好的一致性,表明所提出的检测系统可以满足以上及类似场合的无损检测需求。本文提出的检测系统为基于电磁波传播特性的便携式在线无损检测系统的研制提出了一种可行的研究思路,具有广阔的应用前景。
【关键词】：无损检测 电磁波 传播特性 虚拟仪器 LabVIEW
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景8-11
• 1.2 基于电磁波传输特性无损检测技术发展现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 本文的意义13
• 1.4 本文的主要研究内容及论文结构安排13-16
• 2 基于VMD的电磁波信号特征增强算法16-34
• 2.1 基于电磁传输特性无损检测技术的基本原理16-18
• 2.2 VMD算法概述18-21
• 2.3 基于VMD的电磁波传播模态分解模型21-23
• 2.4 VMD模态分解特征增强算法效果分析试验23-32
• 2.4.1 试验系统23-27
• 2.4.2 试验结果分析27-32
• 2.5 本章小结32-34
• 3 电磁参数演变下甚高频电磁波传播特性仿真分析34-44
• 3.1 仿真软件介绍34-35
• 3.2 油液磨粒检测仿真35-38
• 3.2.1 模型设置35-36
• 3.2.2 仿真结果分析36-38
• 3.3 金属表面缺陷仿真38-41
• 3.3.1 模型设置38-39
• 3.3.2 仿真结果分析39-41
• 3.4 金属表面拉伸变形仿真41-43
• 3.4.1 模型设置41
• 3.4.2 仿真结果分析41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 检测系统设计44-64
• 4.1 检测系统硬件设计44-54
• 4.1.1 信号发生器45
• 4.1.2 信号放大器45-46
• 4.1.3 传感器设计46-49
• 4.1.4 信号调理电路49-52
• 4.1.5 信号采集52-54
• 4.2 检测系统软件设计54-62
• 4.2.1 虚拟仪器简介54-56
• 4.2.2 虚拟仪器开发环境（LabVIEW）简介56-57
• 4.2.3 检测系统软件基本框架57-59
• 4.2.4 各功能模块设置59-62
• 4.3 本章小结62-64
• 5 试验与分析64-78
• 5.1 油液磨粒检测试验64-67
• 5.1.1 试样的制备64-65
• 5.1.2 试验方案设计65-66
• 5.1.3 试验结果与分析66-67
• 5.2 金属表面缺陷检测试验67-70
• 5.2.1 试样的制备67-68
• 5.2.2 试验方案设计68-70
• 5.2.3 试验结果分析70
• 5.3 金属拉伸变形检测70-76
• 5.3.1 试样的制备71-73
• 5.3.2 试验方案设计73-75
• 5.3.3 试验结果分析75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 本文工作总结78
• 6.2 未来研究方向展望78-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-86
• 附录86
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录86
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录86
• C. 作者在攻读硕士学位期间所获得的奖励目录86

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本文编号：984278