储罐底板超声导波检测传感器研制及应用研究

发布时间：2017-05-05 22:15

  本文关键词：储罐底板超声导波检测传感器研制及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：论文主要针对大型储罐底板导波检测的复杂性对储罐底板导波检测的关键技术进行了研究。研究内容包括检测专用传感器的设计以及储罐底板复杂结构的检测。 (1)针对底板的腐蚀检测及缺陷成像，设计制作了周向一致的S0模态电磁超声传感器。该传感器能够在低频170kHz在钢板中激励出周向一致的S0模态Lamb波，利用该传感器可有效地对储罐底板的缺陷进行检测和成像。 (2)设计制作了一种多主频组合的SH0模态电磁超声传感器。该传感器可在铁磁性材料中激励出多主频组合的0阶SH波，由于激励接收传感器的线圈分布规律一致，各频率的能量在同一时刻汇聚，因此能倍增信号能量，且保持较高的时域分辨力。根据该传感器的基本原理设计了相关的仿真程序，应用数值仿真的方法对该传感器的各项参数进行了研究。 (3)为了研究储罐底板油液沉积层对导波检测的影响，将粘弹性油液沉积层分为低衰减类和高衰减类。其中，对与低衰减类沉积层需进行厚度测量以便对检测进行补偿，而对高衰减类沉积层则忽略其所带来的影响。由于低衰减类的粘弹性层对导波传播的影响类似于弹性介质，本文建立了双层弹性介质SH波模型，对其进行了频散方程的推导。研究了钢板表面附着介质对其SH波各阶模态产生的影响，分析了模态跳变现象产生的原因。通过研究SH波各阶模态频散曲线随附着层厚度的变化，提出了一种通过测定SH0模态群速度来实现钢板表面附着层厚度测量的方法。针对水垢、积碳两种工业常见附着进行了特征曲线的提取，并对模拟水垢的钢板-石灰层模型进行了实验研究。结果表明，，该方法可用于附着层厚度的检测。
【关键词】：储罐底板 传感器 周向一致EMAT 多主频组合EMAT 表面附着物
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH878.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 储罐底板检测的研究现状9-10
• 1.2.2 电磁超声技术(EMAT)的研究现状10-14
• 1.3 本文的研究内容和研究路线14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究路线15-16
• 第2章 板中超声导波激励和传播的基本理论16-22
• 2.1 各类传感器的模态选择性16-17
• 2.2 电磁超声传感器(EMAT)的工作原理17-19
• 2.3 水平剪切(SH)波的运动位移方程求解19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 周向一致 Lamb 波 EMAT 传感器的优化设计22-32
• 3.1 周向一致 Lamb 波 EMAT 的结构及原理22-23
• 3.2 周向一致 Lamb 波 EMAT 的优化23-28
• 3.2.1 线圈优化23-24
• 3.2.2 磁铁优化24-25
• 3.2.3 传感器性能测试25-28
• 3.3 阻抗匹配电路设计28-30
• 3.4 基于周向一致 Lamb 波 EMAT 的成像实验30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 多主频组合 SH0模态 EMAT 传感器研制32-44
• 4.1 多主频组合 SH0模态 EMAT 的结构及原理32-35
• 4.1.1 多主频组合的概念32-33
• 4.1.2 多主频组合 SH0模态 EMAT 的原理33-35
• 4.2 多主频组合 SH0模态 EMAT 的设计35-39
• 4.3 多主频组合 SH0模态 EMAT 的特殊应用39-42
• 4.3.1 长距离精确测距39-41
• 4.3.2 微小缺陷检测41-42
• 4.4 本章小结42-44
• 第5章 基于 SH 波的板表面附着层检测研究44-60
• 5.1 SH 波在双层结构中的传播特性44-52
• 5.1.1 双层弹性介质中 SH 波的波动方程44-46
• 5.1.2 模态跳变46-51
• 5.1.3 粘弹性介质层对 SH 波传播的影响51-52
• 5.2 SH 波板表面附着层厚度检测方法52-57
• 5.2.1 水垢层52-55
• 5.2.2 积碳层55-56
• 5.2.3 基于 SH0模态的表面附着层厚度检测的方法56-57
• 5.3 基于 SH0模态的钢板表面水垢层厚度检测实验研究57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间发表的学术论文66-68
• 致谢68

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