工业管道电磁超声导波换能器设计及实验研究
发布时间：2022-02-22 07:55
管道运输在石油化工行业中发挥着重要作用,管道的质量检测是保障运输安全的必要手段,因此,管道的无损检测技术一直是研究的热点。传统的超声检测技术为单点检测,对于长距离管道的检测较为困难。利用电磁超声导波技术检测管道裂纹可以解决这一难题,线检测不仅比单点检测省时、高效,而且具有非接触检测、可在高温下工作及检测距离可达数十米等优点。换能器是实现电磁超声导波管道检测的基础和关键,而纵向导波换能器对管道周向缺陷具有很高的检测灵敏度,在低频范围内具有良好的检测效果,开展基于磁致伸缩机理的纵向导波换能器设计及搭建完整的管道缺陷检测系统,对促进电磁超声导波管道缺陷检测技术的推广应用具有重要价值。本文对基于磁致伸缩机理的电磁超声导波换能器激励导波的过程进行了理论研究,在此基础上设计并制作出用于管道检测的基于磁致伸缩机理的换能器,搭建了完整的实验检测系统平台,对所设计换能器及管道缺陷检测系统开展了相关实验研究,论文的主要内容如下:（1）论述了电磁超声导波技术应用于管道检测的研究背景及意义,并简介了其研究概况,综述了国内外关于磁致伸缩机理的超声导波无损检测技术的研究现状,提出了本文的研究内容和研究路线;（2）...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景及意义
1.2 电磁超声导波管道检测技术研究概况
1.3 磁致伸缩导波检测技术国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 基于磁致伸缩机理的EMAT理论研究
2.1 基于磁致伸缩机理的EMAT无损检测原理
2.1.1 磁致伸缩效应
2.1.2 EMAT管道检测系统的基本原理
2.2 导波基本理论
2.2.1 超声波的基本概念
2.2.2 体波与导波
2.2.3 相速度与群速度
2.2.4 频散与多模式特性
2.3 导波频散特性及波模式的选择
2.4 磁致伸缩纵向导波换能器激励过程的理论模型
2.5 本章小结
第三章 基于磁致伸缩机理的电磁超声换能器的设计
3.1 磁致伸缩纵向导波换能器的方案设计
3.1.1 偏置磁源
3.1.2 基本结构设计
3.2 磁化器的设计
3.3 激励线圈结构参数的设计
3.4 换能器的阻抗匹配
3.4.1 阻抗匹配的条件
3.4.2 阻抗匹配的设计
3.5 本章小结
第四章 磁致伸缩导波管道检测系统的仿真分析及实验研究
4.1 磁致伸缩导波管道检测系统的数值模拟
4.1.1 有限元模拟导波管道检测的理论依据
4.1.2 导波管道检测有限元模型及数值分析
4.1.3 管道中导波的衰减和反射
4.2 实验系统及方案设计
4.2.1 电磁激励系统
4.2.2 声发射检测系统
4.2.3 实验系统方案设计
4.3 系统性能的实验研究
4.3.1 换能器性能的实验研究
4.3.2 信号衰减的研究
4.4 含裂纹缺陷管道检测的实验研究
4.5 本章小结
结论
参考文献
作者简介、发表文章及研究成果目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究[J]. 汪玉刚,王丽,武新军. 传感器与微系统. 2014(02)
[2]磁致伸缩管道缺陷超声导波检测系统研制[J]. 魏争,黄松岭,赵伟,王珅. 电测与仪表. 2013(09)
[3]窄板中超声导波传播特性试验研究[J]. 焦敬品,钟茜,王炯耿,罗宏建,周重回,何存富,吴斌. 工程力学. 2013(07)
[4]偏置磁场对磁致伸缩纵向导波换能器效能的影响研究[J]. 焦敬品,刘伟,马庆增,肖凯,张春雷,吴斌,何存富. 实验力学. 2013(05)
[5]管结构导波频散曲线绘制与试验验证[J]. 阎石,何彬彬,赵乃志. 工程力学. 2012(S2)
[6]磁致伸缩导波激励端偏置磁场的等效方法[J]. 徐江,程丞,武新军,沈功田. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
[7]周向导波电磁超声探头（EMAT）设计与优化[J]. 沙高峰,蔡桂喜. 仪表技术与传感器. 2012(03)
[8]静态偏置磁场对电磁超声换能器灵敏度的影响[J]. 黄凤英,周正干. 机械工程学报. 2011(10)
[9]长距离超声导波检测应用研究[J]. 崔鹏,解腾云,王小保. 辽宁化工. 2011(03)
[10]超声导波在钢管中的传播特性[J]. 杨理践,张玲玲,高松巍. 无损探伤. 2011(01)
博士论文
[1]管类构件超声导波理论及关键问题研究[D]. 蔡海潮.北京理工大学 2016
[2]电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究[D]. 孙鹏飞.华中科技大学 2015
[3]螺旋波纹结构超声导波传播特性及典型缺陷检测研究[D]. 赵继辰.北京工业大学 2013
硕士论文
[1]基于磁致伸缩效应的导波管道缺陷检测系统设计研究[D]. 陈福梁.浙江大学 2014
[2]磁致伸缩导波无损检测理论研究及应用[D]. 孙金萍.哈尔滨工业大学 2013
[3]超声导波在管中的频散特性及实验研究[D]. 顾军.大连理工大学 2009
[4]Lamb波和管中导波的传播特性研究[D]. 侯云霞.大连理工大学 2009
本文编号：3639022
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景及意义
1.2 电磁超声导波管道检测技术研究概况
1.3 磁致伸缩导波检测技术国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 基于磁致伸缩机理的EMAT理论研究
2.1 基于磁致伸缩机理的EMAT无损检测原理
2.1.1 磁致伸缩效应
2.1.2 EMAT管道检测系统的基本原理
2.2 导波基本理论
2.2.1 超声波的基本概念
2.2.2 体波与导波
2.2.3 相速度与群速度
2.2.4 频散与多模式特性
2.3 导波频散特性及波模式的选择
2.4 磁致伸缩纵向导波换能器激励过程的理论模型
2.5 本章小结
第三章 基于磁致伸缩机理的电磁超声换能器的设计
3.1 磁致伸缩纵向导波换能器的方案设计
3.1.1 偏置磁源
3.1.2 基本结构设计
3.2 磁化器的设计
3.3 激励线圈结构参数的设计
3.4 换能器的阻抗匹配
3.4.1 阻抗匹配的条件
3.4.2 阻抗匹配的设计
3.5 本章小结
第四章 磁致伸缩导波管道检测系统的仿真分析及实验研究
4.1 磁致伸缩导波管道检测系统的数值模拟
4.1.1 有限元模拟导波管道检测的理论依据
4.1.2 导波管道检测有限元模型及数值分析
4.1.3 管道中导波的衰减和反射
4.2 实验系统及方案设计
4.2.1 电磁激励系统
4.2.2 声发射检测系统
4.2.3 实验系统方案设计
4.3 系统性能的实验研究
4.3.1 换能器性能的实验研究
4.3.2 信号衰减的研究
4.4 含裂纹缺陷管道检测的实验研究
4.5 本章小结
结论
参考文献
作者简介、发表文章及研究成果目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究[J]. 汪玉刚,王丽,武新军. 传感器与微系统. 2014(02)
[2]磁致伸缩管道缺陷超声导波检测系统研制[J]. 魏争,黄松岭,赵伟,王珅. 电测与仪表. 2013(09)
[3]窄板中超声导波传播特性试验研究[J]. 焦敬品,钟茜,王炯耿,罗宏建,周重回,何存富,吴斌. 工程力学. 2013(07)
[4]偏置磁场对磁致伸缩纵向导波换能器效能的影响研究[J]. 焦敬品,刘伟,马庆增,肖凯,张春雷,吴斌,何存富. 实验力学. 2013(05)
[5]管结构导波频散曲线绘制与试验验证[J]. 阎石,何彬彬,赵乃志. 工程力学. 2012(S2)
[6]磁致伸缩导波激励端偏置磁场的等效方法[J]. 徐江,程丞,武新军,沈功田. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
[7]周向导波电磁超声探头（EMAT）设计与优化[J]. 沙高峰,蔡桂喜. 仪表技术与传感器. 2012(03)
[8]静态偏置磁场对电磁超声换能器灵敏度的影响[J]. 黄凤英,周正干. 机械工程学报. 2011(10)
[9]长距离超声导波检测应用研究[J]. 崔鹏,解腾云,王小保. 辽宁化工. 2011(03)
[10]超声导波在钢管中的传播特性[J]. 杨理践,张玲玲,高松巍. 无损探伤. 2011(01)
博士论文
[1]管类构件超声导波理论及关键问题研究[D]. 蔡海潮.北京理工大学 2016
[2]电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究[D]. 孙鹏飞.华中科技大学 2015
[3]螺旋波纹结构超声导波传播特性及典型缺陷检测研究[D]. 赵继辰.北京工业大学 2013
硕士论文
[1]基于磁致伸缩效应的导波管道缺陷检测系统设计研究[D]. 陈福梁.浙江大学 2014
[2]磁致伸缩导波无损检测理论研究及应用[D]. 孙金萍.哈尔滨工业大学 2013
[3]超声导波在管中的频散特性及实验研究[D]. 顾军.大连理工大学 2009
[4]Lamb波和管中导波的传播特性研究[D]. 侯云霞.大连理工大学 2009
本文编号：3639022
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