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ACFM缺陷检测系统工业样机研究与开发

作　者: 李文艳
导　师: 黄东升；陈国明
学　校: 中国石油大学
专　业: 机械工程
关键词: 交流电磁场检测 电磁-电路耦合 探头设计 信号发生及调理 工业应用
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文结合山东省科技发展计划项目:ACFM缺陷智能可视化检测系统开发及工业应用(2007GG10005004),建立ACFM缺陷定量分析的数学模型并开发出ACFM检测系统工业样机。在电磁-电路耦合仿真分析、ACFM缺陷智能可视化探头系列化设计与优化、磁场信号软硬件处理技术、ACFM工业样机开发及应用和工业参数测试等方面均取得较大进展。主要内容及研究成果如下:(1) ACFM缺陷识别与数值仿真分析结合ACFM检测原理和数值计算理论,提出ACFM缺陷识别的数学模型以及裂纹深度的计算方法,并且引入电磁-电路耦合分析方法,对进行线性电路模拟的通用电路单元进行了分析,应用ANSYS对二维电磁-电路耦合进行仿真分析,更为准确地模拟了检测时感应电磁场的分布规律以及不同参数对检测结果影响,为以后的实验研究提供了理论依据。(2) ACFM探头的系列化设计对激励线圈的各个参数进行了数值仿真,得出参数及结构的变化对工件表面感应电磁场分布的影响规律,为探头的设计和优化提供理论依据。对探头总体结构进行设计,选择矩形激励线圈并合理设计检测线圈的尺寸。针对应用场合的不同,制作了标准单探头、曲面检测探头、笔式探头和阵列探头等多种类型的探头。标准单探头灵敏度较高,曲面检测探头用于检测具有一定曲率的工件,笔式探头主要用于空间狭窄的区域,而阵列探头其检测面积增大,提高了检测速率,降低了漏检率。利用各类探头对工件进行检测,实验结果表明探头具有较高的灵敏度。(3) ACFM检测系统工业样机开发以工业应用为目的,采用软硬件相结合的方法对交流电磁场检测系统进行设计和搭建。硬件方面设计了信号发生和信号调理电路,对信号进行初处理;然后采用数据采集卡进行A/D转换后输入由Labview软件编制的数字信号采集与处理模块。该系统可放大采集到的微弱信号并抑制噪声的干扰,简化了硬件电路,节约系统开发的成本,能够实现缺陷的实时判别和可视化检测,为工业应用和试验提供支持。(4) ACFM检测系统样机的工业应用对影响ACFM检测系统样机技术指标的一些重要参数进行了实验研究,结果表明该系统的不失真提离高度和不失真检测速度都较高,而且电缆长度在一定范围内对Bx影响较小但对Bz影响较大。利用该样机对无裂纹和含有轴向裂纹、径向裂纹和表面下裂纹的在役设备进行了检测,结果表明系统能够实现缺陷的实时判别和自动量化,准确的反演出缺陷的形状,具有较高的检测精度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究意义  9
  1.2 ACFM的特点及国内外研究现状  9-11
  1.3 论文的研究方法及研究内容  11-14
第2章 电磁场的特性及其数学模型的建立  14-25
  2.1 电磁场控制方程的表述  14-17
  2.2 任意形状激励线圈分析建模  17-19
  2.3 模型的结果分析  19-21
  2.4 缺陷深度的计算  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 ACFM电磁-电路耦合模型建立  25-35
  3.1 二维电磁-电路耦合场分析  25-27
  3.2 二维电磁-电路耦合仿真分析  27-31
  3.3 磁感应强度影响因素分析  31-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 ACFM样机探头设计与测试  35-50
  4.1 ACFM探头的总体设计  35-42
  4.2 不同类型ACFM探头的设计  42-45
  4.3 探头测试影响因素  45-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 ACFM检测样机系统开发  50-60
  5.1 ACFM检测系统设计方案  50
  5.2 ACFM检测系统硬件电路设计  50-53
  5.3 ACFM检测系统软件电路设计  53-57
  5.4 ACFM检测系统工业样机开发  57-58
  5.5 本章小结  58-60
第6章 ACFM样机工业应用测试分析  60-73
  6.1 ACFM样机工业参数分析  60-66
  6.2 ACFM样机的检测精度  66-68
  6.3 ACFM样机工件测试结果  68-72
  6.4 本章小结  72-73
第7章 结论与展望  73-75
  7.1 主要研究结论  73-74
  7.2 主要创新点  74
  7.3 存在的问题及展望  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间取得的学术成果  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 材料试验机与试验仪器 > 无损探伤仪器
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