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船用智能测厚装置的研制与精度分析

作　者: 刘春青
导　师: 陈景锋
学　校: 集美大学
专　业: 轮机工程
关键词: 智能测厚装置 精度分析 超声波测厚 修正因子
分类号: U672.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


船舶作为水上主要交通工具，受海水腐蚀和波流冲击影响，其使用环境恶劣。海水腐蚀使船板厚度减小、强度降低、导致船舶使用寿命缩短、航行性能下降。使用科学方法对船板厚度定期、精确的检测，对保证船舶航行安全有着重要的意义。本文根据船体测厚规范要求，研究论证船板测厚方法，并研制船用测厚装置，以超声波测厚理论知识为基础，分析研究船体粗糙度、曲度、振动对测厚精度的影响。本文主要开展的研究包括：1.船板测厚方法的选定。通过对比分析五种常规测厚方法的工作原理、适用范围、测厚特点，确定选用超声波测厚仪作为本装置的测厚设备；根据超声波测厚原理、衰减、传播规律等特点，分析船板曲度和表面粗糙度对超声波测厚精度的影响。2.船体粗糙度和曲度对测厚精度的影响分析。根据超声波测厚原理及传播特性，通过对船体表面粗糙度、船板曲度、传感器动态特性等因素分析，计算超声波衰减、反射率、透射率、往返透射率对声压再分配，测厚耦合层混入空气使测厚工作失败，船板内部夹渣使测厚值不能反映船板真实厚度，提出解决方案并进行实验验证。3.分析超声波传感器动态特性，引入修正因子解决因船体振动和超声波散射引起的测厚误差，使测厚误差由3%减小为1.1%。利用MATLAB软件对测厚数据绘制三维视图，更直观的反映船体腐蚀情况。4.船用智能测厚装置的研制。根据国家海事法规和船级社测厚规范要求，结合在役船舶测厚实际环境，以智能爬壁机器人为载体，设计制作了船用智能测厚装置。设计的承载机构可完成耦合剂涂抹、传感器及涂抹头运动等工作，并使测厚误差由2.4%减小为0.6，对探头施加压力使测厚误差由3%减小为1%；分析承载机构受力，根据步进电机保持力矩确定电机型号。通过试验验证，测厚装置的可用性。本文研制的船用智能测厚装置，可实现预期功能。针对船体曲度、粗糙度及传感器动态特性对测厚精度的影响进行分析研究，提出解决方案并通过实验，验证其可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景、目的和意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 无损检测技术发展现状  12
    1.2.2 超声波检测技术发展现状  12-13
    1.2.3 智能检测装置发展现状  13
    1.2.4 船用智能检测装置发展现状  13-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-15
第2章 测厚方法选定与超声波理论  15-24
  2.1 测厚方法选定  15-17
    2.1.1 常用测厚方法  15-16
    2.1.2 测厚方法对比及选定  16-17
  2.2 超声波测厚  17-19
    2.2.1 超声波特性  17
    2.2.2 超声波测厚方法  17-18
    2.2.3 测厚精度影响因素  18-19
  2.3 超声波衰减系数  19-20
    2.3.1 液体衰减系数  19
    2.3.2 固体衰减系数  19-20
  2.4 超声波传播特性  20-23
    2.4.1 超声波折射规律  20-21
    2.4.2 透射率与反射率  21-22
    2.4.3 往返透射率  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 船用智能测厚装置研制  24-35
  3.1 船用智能测厚装置设计  24-27
    3.1.1 测厚装置总体设计方案  24-25
    3.1.2 测厚装置实现功能  25-26
    3.1.3 负重机构选型  26
    3.1.4 传感器选型  26-27
  3.2 驱动电机选型与控制  27-30
    3.2.1 步进电机特性  27-28
    3.2.2 承载机构力矩分析  28-30
  3.3 承载机构设计  30-32
    3.3.1 承载机构实现功能  30-31
    3.3.2 承载机构工作原理  31-32
  3.4 船用智能测厚装置工作原理  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 测厚精度分析  35-43
  4.1 倾斜入射精度分析  35-36
  4.2 气隙层精度分析  36-39
    4.2.1 反射率与透射率计算  36-37
    4.2.2 气隙层精度影响  37-39
  4.3 超声波衰减计算  39-41
    4.3.1 耦合层衰减计算  39-40
    4.3.2 船板衰减计算  40-41
  4.4 传感器动态特性  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第5章 实验验证  43-46
  5.1 船板曲度测厚精度验证  43
  5.2 施加压力验证  43-44
  5.3 三维视图绘制  44-45
  5.4 本章小结  45-46
第6章 结论与展望  46-47
  6.1 总结  46
  6.2 展望  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-50
附录  50-53
在学期间发表的学术论文  53

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶保养、修理和拆船工艺 > 船舶保养与维修
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