金属管道内径及磁导率检测装置设计

发布时间：2020-10-01 17:14

　　 近年来,由于石油制品的应用日趋广泛,以及管道运输相较于其他运输方式无可比拟的优势,我国的油气输送管道得到了飞跃式的发展。伴随着油气输送管道的飞速发展,相应的由于自然或者人为因素以及管道自身老化引起的管道损伤也日趋增多,因此,管道质量评估相关技术的研发也就迫在眉睫。金属管道内径及磁导率检测装置的设计目的是准确检测出金属管道的内径以及磁导率等管道属性,为后续的管道质量评估提供数据支持。本文主要基于涡流检测理论,对金属管道内径及磁导率检测装置进行设计及验证,并完成其硬件电路及相关反演算法设计,最终实现准确反演管道内径及磁导率。本文首先基于涡流检测理论,对金属管道内径及磁导率检测理论进行阐述分析;接着建立金属管道内径及磁导率检测模型,对其激励信号的频率以及线圈间距进行分析和选择;其次,介绍金属管道内径及磁导率检测装置及检测环境三维模型的建立过程并分析管道内缺陷、装置检测速度以及装置偏心对装置检测结果的影响,并借助ANSYS建立起金属管道内径及磁导率检测的反演数据库;然后,在对金属管道内径及磁导率检测装置的实际研制中,结合理论以及实测数据,对装置的激励信号以及接收信号进行处理,通过对接收信号进行拾取调理以及DSP和FPGA相结合的数字信号处理,准确地计算出激励信号与接收信号之间的相位差;最后介绍了极限学习机算法和最小二乘支持向量机算法,并将其在MATLAB中实现,利用反演数据库以及验证数据库,根据两种算法反演得到的金属管道内径及磁导率与实际值的对比,对反演算法进行选择。通过对金属管道内径及磁导率检测装置进行的测试和相关测量结果处理,验证了装置的可行性和测量的准确性,并通过装置对金属管道的实际测量,验证装置对管道内径的检测是否达到设计要求。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE973;TH878
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 金属管道内径及磁导率检测方法概述
    1.3 国内外研究现状
    1.4 论文的主要研究工作及结构安排
第二章 金属管道内径及磁导率检测基本原理及模型设计
    2.1 金属管道内径及磁导率检测装置总体结构
    2.2 金属管道内径及磁导率检测基本原理
        2.2.1 涡流检测原理
        2.2.2 金属管道内径及磁导率检测原理
    2.3 金属管道内径及磁导率检测模型设计
        2.3.1 激励线圈的激励信号频率选择
        2.3.2 线圈之间距离的选择
    2.4 本章小结
第三章 金属管道内径及磁导率检测装置的仿真与分析
    3.1 有限元仿真软件的介绍与选择
    3.2 金属管道内径及磁导率检测装置及检测环境建模
    3.3 金属管道内径及磁导率检测仿真流程
        3.3.1 仿真模型参数定义及设置
        3.3.2 仿真模型网格划分
        3.3.3 仿真模型耦合电路设置
        3.3.4 仿真模型施加载荷及求解过程
        3.3.5 后处理及输出仿真结果
    3.4 反演数据库的建立
    3.5 金属管道缺陷对检测结果影响的仿真分析
        3.5.1 接收信号幅值与金属管道内径之间的关系
        3.5.2 缺陷周向弧度对检测结果的影响
        3.5.3 缺陷轴向长度对检测结果的影响
        3.5.4 缺陷径向深度对检测结果的影响
        3.5.5 缺陷影响检测结果的综合分析
    3.6 装置检测速度对检测结果影响的仿真分析
    3.7 装置偏心对检测结果影响的仿真分析
    3.8 本章小结
第四章 检测装置电路设计及数据处理设计
    4.1 检测电路系统设计需求及总体设计
    4.2 激励信号处理电路设计
    4.3 接收信号处理电路设计
        4.3.1 信号拾取模块
        4.3.2 信号调理模块
        4.3.3 多频信号采集处理模块
        4.3.4 基于DSP的数字信号处理实现
    4.4 检测装置反演算法实现
        4.4.1 基于极限学习机的反演算法实现
        4.4.2 基于最小二乘支持向量机的反演算法实现
        4.4.3 两种反演算法的结果比较
    4.5 本章小结
第五章 检测装置测试及检测结果分析
    5.1 检测装置的信号测试
        5.1.1 激励信号处理电路的信号测试
        5.1.2 接收信号处理电路的信号测试
    5.2 检测装置实际管道检测和结果分析
    5.3 本章小结
第六章 结束语
致谢
参考文献
附录
攻硕期间取得的研究成果

【参考文献】

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本文编号：2831752