基于Wiedemann效应的非接触式导波传感器研制

发布时间：2020-07-10 11:46

【摘要】：钢管在油气运输行业有着广泛的应用,一旦出现缺陷会降低其安全性能,甚至造成生命和财产损失,因此需要对钢管进行定期缺陷检测。磁致伸缩导波检测技术具有单点激励即可实现长距离检测和非接触式检测等优点,被广泛应用于钢管检测。但是目前对非接触式磁致伸缩纵向模态导波研究较多,对扭转和弯曲模态导波研究较少,而后者有利于检测信号处理和缺陷定位等。本论文基于Wiedemann效应研制了用于钢管检测的非接触式磁致伸缩扭转和弯曲模态导波传感器,为钢管缺陷检测提供了支持。首先,基于时间和空间傅里叶变换提出了用于管道导波传感器设计的激励源分析方法。该方法通过时间和空间傅里叶变换将导波激励源分布函数从时间和空间域转换到频率、周向阶数和波数域,进而获得传感器的导波激励特性。利用该方法对管道外表面阵列传感器的导波激励特性进行了分析,获得了传感器的周向幅值参数、轴向幅值参数和周向时延参数,确定了轴对称和非轴对称模态导波的激励源分布,并通过仿真和实验验证了该方法的有效性。其次,给出了基于Wiedemann效应的钢管非接触式扭转和弯曲模态导波传感机理。在对Wiedemann效应及其逆效应分析的基础上,结合管道中轴对称及非轴对称模态导波的激励源分布和扭转及弯曲模态导波对应的波结构,提出了基于Wiedemann效应的钢管非接触式扭转和弯曲模态导波传感方法。通过实验对两种模态导波传感方法进行了模态验证、频率特性验证以及缺陷检测可行性验证等。最后,设计并制作了基于Wiedemann效应的钢管非接触式扭转和弯曲模态导波传感器。通过实验研究了传感器关键结构参数对导波信号的影响,并在此基础上设计制作了由磁化模块和线圈模块组成的导波传感器。利用该传感器搭建了实验平台进行缺陷检测实验,实验结果表明设计的机械结构方便了传感器的拆装和移动,传感器实现了对钢管的非接触式缺陷检测。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TE973.6
【图文】：

示意图,柱坐标系,管道结构,示意图

着构件中的导波模态，理论上仅前常用的阵列传感器通常会在设计传感器之前需要了解传感模态为主的导波。简正模态展开励特性，该方法虽然能够获得复杂并且受激励条件的影响。波模态的正交性及完备性等，从变换对传感器在管道中的导波析原理性，在如图 2.1 所示的柱坐标系

示意图,阵列传感器,外表面,管道

21 12 21, 0, 1, 2, 32inikzG n p e d nG k p z e dz 表示激励源对不同频率的导波的激励能力；G1(n)表示激励源对能力；G2(k)表示激励源对不同波数的导波的激励能力。感器的导波激励特性所示，假设在管道外表面沿周向和轴向阵列多个尺寸相同的器单元能够产生均匀且大小相同的载荷分布。图中，表示；β 表示周向相邻的传感器单元之间间隙的周向覆盖角度；；L 表示传感器单元的轴向覆盖长度；Lβ表示轴向相邻的传盖长度；I1表示传感器单元的周向阵列数目；I2表示传感器

示意图,载荷方向,激励源,分布函数

华中科技大学硕士学位论文于空间傅里叶变换的周向幅值参数周向相邻的传感器单元产生的载荷方向相同，那么每个传感器单元在导波激励源可以表示成： 2 1 2 1 210 1nI mn mg g g A q t e 1= 1, 2, 3, , I1；η2= 1, 2, 3, , I2。，导波激励源的周向分布函数 p1(θ)如图 2.4 所示，其在一个周期 2π 2-12)所示。

【参考文献】