铁磁性材料脉冲涡流检测接收系统研究与设计

发布时间：2017-06-09 19:03

  本文关键词：铁磁性材料脉冲涡流检测接收系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铁磁性材料的油气井套管、运输管道、压力容器，在长期负载运行过程中会因腐蚀壁厚变薄，从而形成安全隐患。脉冲涡流检测技术，可以对铁磁性构件不同深度的缺陷进行有效检测，是近年发展起来的一种新型无损检测技术。 本论文针对大壁厚铁磁性构件脉冲涡流检测信号信噪比低、易干扰难以有效接收等特点，设计低噪声、低功耗微弱信号调理电路，优化脉冲涡流检测系统信噪比，提高检测精度。 根据脉冲涡流检测信号动态范围大、晚期信号微弱同时又需要精确采集的特点，设计了分时、双通道的数据采集系统，实现了脉冲涡流检测信号大动态范围下高分辨率采集。 分析不同阻尼状态下检测线圈输出响应特性，通过激励源参数的优化和阻抗匹配电路设计，实现检测线圈高灵敏度输出。 设计了高、低压钳位电路，把蕴含丰富缺陷信息的脉冲涡流检测晚期信号从整个检测信号中截取出来，针对其信号特点设计专门的信号调理电路。 设计了平衡差动式前置放大电路以及高阶低通滤波电路，改善脉冲涡流检测接收系统的噪声性能。 采用LabVIEW软件与NI多功能数据采集卡搭建了数据采集平台，设计了基于数据采集平台数字输出信号的多级程控放大电路，通过采集平台对放大电路进行程控，采用同步采集并多次叠加平均的方法，有效的提高了脉冲涡流检测晚期信号的分辨率。 分析了接收系统内部、外部各频段的噪声来源及其特点，通过合理的选择电路元器件、低纹波线性浮地电压源设计以及合理的屏蔽与接地技术，有效抑制了接收电路以及元器件的噪声。 对接收系统的主要性能进行了测试分析，，通过带有人工缺陷的单层、双层铁磁性材料管道试件进行检测，对整个脉冲涡流检测接收系统的检测能力进行分析。试验结果证明：选用内通式检测探头，该脉冲涡流检测接收系统在内管壁厚为5.7mm时，可有效的检测外管壁厚范围为1.5mm-8mm，可以分辨外管壁厚差异最小为0.5mm的面积型腐蚀变化。
【关键词】：脉冲涡流 铁磁性 信号调理 信噪比 低噪声
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH878.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 铁磁性材料脉冲涡流检测技术国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-17
• 第2章 脉冲涡流检测原理与分析17-25
• 2.1 脉冲涡流检测的基本原理17-18
• 2.2 脉冲涡流渗透深度的分析18-19
• 2.3 脉冲涡流感应电压信号的特点19-21
• 2.4 脉冲涡流检测系统的构成21-24
• 2.4.1 发射系统的分析与选择21-22
• 2.4.2 基于同步采集技术脉冲检测涡流接收系统组成22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 铁磁性材料脉冲涡流检测接收系统关键技术研究与设计25-43
• 3.1 接收线圈的建模和响应特性的分析25-29
• 3.2 脉冲涡流早期信号采集技术设计29-31
• 3.3 低噪声低功耗模拟信号调理电路设计31-38
• 3.3.1 引言31
• 3.3.2 阻抗匹配与限幅前置放大电路设计31-34
• 3.3.3 低通滤波电路的设计34-35
• 3.3.4 程控放大电路设计35-38
• 3.4 数据采集平台的输入方式以及软件设计38-42
• 3.4.1 数据采集平台的输入方式38-39
• 3.4.2 数据采集平台的软件设计39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 脉冲涡流检测接收系统低噪声设计43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 电路中噪声的分析43-45
• 4.3 电路元器件的选择45-46
• 4.4 低纹波浮地电源设计46-47
• 4.5 合理的屏蔽与正确的接地技术47-49
• 4.5.1 屏蔽双绞信号传输线47-48
• 4.5.2 平衡差动放大电路的设计48
• 4.5.3 信号调理电路的屏蔽与接地48-49
• 4.6 双极性同步采集与信号叠加平均49-51
• 4.7 本章小结51-53
• 第5章 脉冲涡流检测接收系统调试与测试53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 检测探头参数测量53-54
• 5.3 激励波形的调试54-55
• 5.4 信号调理电路的频带测试55-57
• 5.5 脉冲涡流检测接收系统噪声测试分析57-58
• 5.6 接收系统波形的测试及预处理58-63
• 5.7 本章小结63-65
• 第6章 脉冲涡流检测接收系统检测能力测试65-73
• 6.1 引言65
• 6.2 检测平台65-66
• 6.3 单层管道检测能力测试66-68
• 6.4 双层管道检测能力测试68-70
• 6.5 本章小结70-73
• 第7章 论文总结与展望73-75
• 7.1 论文总结73-74
• 7.2 进一步的工作74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士期间发表的论文78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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本文编号：436350