面向脉冲涡流热成像的高频电源研制

发布时间：2017-04-02 17:11

  本文关键词：面向脉冲涡流热成像的高频电源研制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脉冲涡流热成像技术是脉冲涡流检测和主动热成像检测两种技术的结合,其基本原理为金属试样被感应加热时,裂纹等缺陷位置因电导率或磁导率不连续而导致涡流场异常,从而涡流引起的焦耳热异于其它区域,最终表现为温度异常,通过热像仪观察可定位缺陷并进行定量评估。相比常规无损检测具有非接触、空间分辨力高、单次检测面积大、检测结果直观等优点。脉冲涡流检测系统主要包括感应加热、热成像、数据分析三个模块,其中感应加热模块由试样、励磁线圈和高频电源组成,实现电能向热能的转换,其性能优劣直接影响最终检测效果。现有研究中激励线圈多采取水冷铜管绕制线圈的方式,具有能量传递效率低、激励均匀性差、线圈遮挡热像仪视场、对线圈高度敏感等缺点。本文将聚磁装置引入涡流热成像系统,利用U型聚磁线圈进行激励,通过有限元仿真软件ANSYS进行建模仿真,与水冷铜管激励相比,发现有聚磁装置时提离距离对加热功率的影响更小,具有更大的能量传递效率,能够提高激励的均匀性。本文选择了串联谐振为电源的拓扑结构,设计了电源的各个硬件模块,其中包括:整流滤波电路、LC谐振电路、阻抗匹配变压器、全桥驱动电路、电流采样电路等,实现了电源对不同负载的驱动。通过提离高度影响实验,加热均匀性实验,及304号钢与45号钢的裂纹检测实验,验证带有聚磁装置的高频电源能大幅提高能量传递效率,保持良好的激励均匀性,降低对提离距离的敏感性,同时可以消除线圈对热像仪的遮挡和精简系统结构,更好实现金属材料表面裂纹的检测。
【关键词】：脉冲涡流热成像 感应加热 无损检测 逆变电路
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-21
• 1.1 课题的背景与意义15-16
• 1.1.1 脉冲涡流热成像检测技术15
• 1.1.2 PECT的热激励问题15-16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 PECT检测技术现状16-18
• 1.2.2 高频感应加热电源的发展现状18-20
• 1.3 论文主要研究内容20
• 1.4 本章小结20-21
• 2 PECT系统中的高频电源方案21-29
• 2.1 PECT检测原理21
• 2.2 PECT对高频电源的需求21-24
• 2.2.1 PECT系统中的能量传递22
• 2.2.2 加热均匀性和重复性22-23
• 2.2.3 启动时间23
• 2.2.4 检测灵敏度、趋肤深度和激励频率23
• 2.2.5 负载特性23-24
• 2.3 高频电源系统结构24-25
• 2.4 感应加热电源逆变电路的拓扑结构分析25-28
• 2.4.1 串联谐振电路25-26
• 2.4.2 并联谐振电路26
• 2.4.3 逆变电路拓扑结构的选择26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 励磁线圈的结构设计与性能仿真29-35
• 3.1 常规激励单元结构29
• 3.2 聚磁装置的结构设计29-30
• 3.3 激励性能评价指标30-31
• 3.4 激励性能仿真分析31-34
• 3.4.1 无聚磁装置31-33
• 3.4.2 有聚磁装置33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 面向PECT的高频电源的硬件设计35-53
• 4.1 供电电路参数的分析计算35-37
• 4.1.1 整流电路参数的分析计算35-36
• 4.1.2 滤波电路参数的分析计算36-37
• 4.2 阻抗匹配变压器的设计37-39
• 4.2.1 负载阻抗匹配方法37-38
• 4.2.2 阻抗匹配变压器的结构38
• 4.2.3 阻抗匹配变压器的实验效果38-39
• 4.3 LC谐振电路参数计算39-42
• 4.4 功率器件的选择42-43
• 4.5 功率器件驱动电路43-47
• 4.5.1 MOSFET驱动设计要求43
• 4.5.2 全桥驱动电路的设计43-47
• 4.6 电流采样电路47-52
• 4.6.1 全波检波电路仿真49
• 4.6.2 低通滤波器的仿真49-50
• 4.6.3 电路仿真结果50-51
• 4.6.4 电路实验结果51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 5 实验结果与分析53-58
• 5.1 实验平台53-54
• 5.2 提离高度影响实验54-56
• 5.3 加热均匀性实验56
• 5.4 裂纹检测实验56-58
• 6 总结与展望58-59
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-61
• 附录A MOS驱动原理图及PCB61-62
• 附录B 全桥逆变电路原理图及PCB62-63
• 作者简历63

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