涡流检测系统设计与信号处理算法研究

发布时间：2017-04-29 14:04

  本文关键词：涡流检测系统设计与信号处理算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：涡流检测技术是近年来发展较快的一种无损检测技术，涡流检测是一种以电磁感应为基础的电磁测量技术，是用来检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。无损检测技术近年来在航空、船舶等无损检测领域得到了广泛的重视和应用。能够快速准确的对金属导体所存在的缺陷进行检测，并对材料电磁性能做出评价。 论文在深入国内外涡流检测技术发展状况的基础上，对棒状材料的裂纹缺陷的尺寸检测等关键技术进行了理论研究。根据电磁场理论基础，对多匝线圈构成的差分涡流探头进行有限元仿真分析，为涡流传感器的设计提供理论积累。 针对被测试件的几何特性以及物理特性，详细介绍专用涡流探头的设计。分析并设计涡流检测系统的各硬件部分，主要包括设计基于DDS原理的激励信号源，交流自平衡桥式测量电路，自平衡调整电路、数据采集电路以及增益控制电路。利用LabVIEW开发图形化上位机操作软件，实现系统控制、数据传输、缺陷检测与显示的简便化操作，缺陷以带状图和阻抗平面图的形式显示，检测结果清晰明了。 最后，利用设计的硬件系统对铝棒试件进行各种尺寸的缺陷检测实验，检验系统的可靠性和检测精度。对实验所得数据进行后续处理，提高系统的检测精度。通过对测量数据进行多参数拟合，确定了该材料检测所用的激励信号最佳频率，，可为其他类似检测应用提供参考。
【关键词】：涡流检测 有限元仿真 LabVIEW 信号处理 多参数拟合
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH878;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 课题背景9-10
• 1.1.2 课题研究的意义10
• 1.2 涡流检测国内外研究现状10-11
• 1.3 涡流检测的研究进展11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-14
• 2 涡流检测原理14-20
• 2.1 涡流检测的原理14
• 2.2 趋肤效应与渗透深度14-15
• 2.3 涡流线圈的阻抗分析15-17
• 2.4 影响线圈阻抗因素17-19
• 2.5 本章小结19-20
• 3 涡流传感器的仿真与设计20-42
• 3.1 涡流传感器的仿真与设计20
• 3.2 涡流传感器的分类20-21
• 3.3 涡流传感器等效电路分析21-24
• 3.3.1 影响传感器性能的因素23-24
• 3.3.2 线圈的形状和几何参数24
• 3.4 不同线圈轴线上磁场分布24-30
• 3.4.1 磁场在矩形线圈对称轴线上的分布24-29
• 3.4.2 圆柱形线圈对称轴线上的磁场分布29-30
• 3.5 有限元仿真分析30-31
• 3.6 三维涡流场的数学模型31-32
• 3.7 系统有限元仿真32-37
• 3.7.1 参数化（APDL）几何建模32-35
• 3.7.2 网格划分35-36
• 3.7.3 施加载荷及求解36
• 3.7.4 后处理过程及分析36-37
• 3.8 影响检测因素的仿真分析37-40
• 3.8.1 探头提离变化对涡流信号的影响37-39
• 3.8.2 探头线圈尺寸对涡流探头性能的影响39-40
• 3.9 传感器的制作40-41
• 3.10 本章总结41-42
• 4 涡流检测系统硬件电路设计42-58
• 4.1 涡流检测硬件系统的总体设计42-52
• 4.1.1 涡流检测系统的组成42
• 4.1.2 核心控制及通信模块设计42-43
• 4.1.3 激励信号产生模块的设计43
• 4.1.4 单片机 C8051F340 与 DDS 的接口设计43-44
• 4.1.5 交流电桥的设计44-46
• 4.1.6 前置放大电路的设计46-47
• 4.1.7 程控增益放大设计电路47-49
• 4.1.8 自动平衡的设计49-52
• 4.2 信号合成电路52-53
• 4.3 检波滤波53-56
• 4.4 ADC 采集系统56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 系统检测试验及信号处理58-74
• 5.1 涡流检测系统的接口说明58-59
• 5.2 涡流检测系统上位机设计59-60
• 5.3 铝制试件裂纹检测60-61
• 5.4 涡流检测带状图和阻抗图61-63
• 5.5 涡流信号处理63
• 5.6 涡流检测的信号处理方法63-67
• 5.7 缺陷信号的最小二乘法处理67-73
• 5.8 本章小结73-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 主要研究成果及结论74
• 6.2 展望74-76
• 附录76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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5 张玉华;孙慧贤;罗飞路;杨宾峰;;基于三维磁场测量的脉冲涡流检测探头的设计[J];机械工程学报;2009年08期

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7 辛伟;丁克勤;黄冬林;梁丽红;;基于ANSYS的脉冲涡流激励参数选取的仿真分析[J];机械工程与自动化;2010年02期

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1 于亚婷;与被测材料无关的电涡流传感器基础理论与实现方法研究[D];电子科技大学;2007年

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本文编号：334992