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交流电磁场检测信号处理方法及应用研究

作　者: 赵艳丽
导　师: 何新霞
学　校: 中国石油大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 交流电磁场检测 有限元数值仿真 系列化探头 小波分析 检测系统
分类号: TM937
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 342次
引　用: 2次
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内容摘要


交流电磁场测量(ACFM)技术是近年来兴起的一种新型电磁无损检测技术,该方法不受提离效应、材料属性、边缘效应的影响,对结构物表面裂纹可实现长度和深度的定量测量。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”的相关研究内容,通过理论分析和实验研究,对ACFM检测信号的处理方法及应用进行了较系统的研究。对交流电磁场检测的数学模型进行探讨,利用有限元数值仿真方法,采用远场域处理三维电磁场中开域问题的方法,建立矩形和u型ACFM激励探头模型及ACFM有限元模型,对受缺陷扰动的磁场分布状态进行研究。实验验证仿真结论的正确性,为表面缺陷的定量测量提供了理论基础。设计满足空间“点”磁场测量的检测线圈尺寸,研制基于矩形、U型磁芯及单个、阵列检测线圈的系列化探头。在此基础上,设计激励信号源与信号调理电路。应用面向对象的编程思想,编制基于虚拟仪器的系统检测软件。利用数字滤波、小波分析等现代信号处理技术,结合Labview与Matlab混合编程的方法,对检测到的微弱信号进行消噪处理,提取有用信号。采用蝶形图进行缺陷的定性识别与报警,消除传感器移动的速度效应,并给出裂纹长度和深度的定量结果。融合传感器、信号检测、计算机采集和信号处理技术,研制并实现一套完整的ACFM可视化检测系统硬件实验平台和软件分析平台,通过大量的实验对工件裂纹进行检测,并对测试数据进行了分析。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题的来源及研究意义  10
  1.2 无损检测技术的研究现状与发展  10-14
    1.2.1 无损检测技术概述  10-13
    1.2.2 电磁无损检测技术的研究现状与发展  13-14
  1.3 交流电磁场检测技术的特点及国内外研究现状  14-17
    1.3.1 交流电磁场检测技术的特点  14-16
    1.3.2 交流电磁场检测技术的国内外研究现状及发展  16-17
  1.4 论文主要研究内容  17-18
第2章 交流电磁场检测技术的理论基础与有限元数值仿真  18-37
  2.1 ACFM技术的工作原理  18-19
  2.2 交流电磁场检测技术的数学模型  19-26
    2.2.1 边界条件分析  20-23
    2.2.2 裂纹存在时的场分布分析  23-24
    2.2.3 有外加场时的场分布分析  24-26
  2.3 交流电磁场检测技术的有限元数值仿真  26-29
    2.3.1 电磁场数值计算方法的出现及发展  26-28
    2.3.2 有限元法在电磁场分析中的应用  28
    2.3.3 有限元分析软件ANSYS在电磁场分析中的应用  28-29
  2.4 ANSYS仿真模型的建立及仿真结果分析  29-37
    2.4.1 激励模型  30-34
    2.4.2 ACFM的有限元模型  34-37
第3章 交流电磁场检测系统的研制与实现  37-54
  3.1 系统的总体设计  37
  3.2 激励信号源设计  37-40
    3.2.1 正弦信号发生器  38-40
    3.2.2 功放电路  40
  3.3 传感器(探头)的设计  40-47
    3.3.1 激励线圈的选择  41-42
    3.3.2 磁芯的选择  42
    3.3.3 检测线圈的设计  42-45
    3.3.4 探头的系列化设计  45-47
  3.4 信号调理电路  47
  3.5 基于虚拟仪器的数据采集模块  47-52
    3.5.1 虚拟仪器技术  47-48
    3.5.2 虚拟仪器开发环境-labview  48-49
    3.5.3 A/D数据采集卡的选择  49
    3.5.4 数据采集程序的开发  49-52
  3.6 ACFM检测系统软件的设计  52
  3.7 电磁兼容性设计  52-54
第4章 交流电磁场检测信号处理方法研究  54-77
  4.1 信号调理电路  54-57
    4.1.1 前置放大电路  54-55
    4.1.2 低通滤波电路  55-56
    4.1.3 后端放大电路  56-57
  4.2 基于Labview的检测信号处理  57-74
    4.2.1 检测信号的预处理  57-59
    4.2.2 基于Labview和Matlab的小波消噪  59-70
    4.2.3 利用相关性测量ACFM检测信号相位差  70-73
    4.2.4 检测信号Bz的翻转  73-74
  4.3 缺陷的可视化识别及定量检测  74-77
    4.3.1 缺陷的可视化识别与报警  74-76
    4.3.2 缺陷的定量检测  76-77
第5章 ACFM检测系统平台的开发与应用分析  77-82
  5.1 ACFM检测系统平台的搭建  77-78
  5.2 ACFM检测系统平台的测试  78-82
    5.2.1 试件的加工  78-79
    5.2.2 测试结果与分析  79-82
结论  82-84
参考文献  84-90
致谢  90

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 电磁场强度（信号强度）测量及仪表
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