论文题目: 基于超声波的非侵入式压力测量方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与工程
作者: 林韶峰
导师: 张宏建
关键词: 压力检测,非侵入式,超声波,表面波,应力,应变,延时估计,温度,参比变换,连续小波变换,广义相关算法
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件,意义重大。传统的压力测量方法大部分属于侵入式测量方法,由于需要在被测对象上开孔,因此为设备制造和后期维护带来了诸多不便。本文将超声波应力检测技术应用到压力检测上来,针对薄壁压力容器和管道,提出了一种基于超声波的非侵入式压力测量新方法,该方法通过测量超声波在被测对象中的传播时间变化量实现了对压力的非侵入式测量。本论文的主要研究成果有: 1.以表面应力为中间变量,结合适用的表面波测应力模型和压力容器的薄膜理论,推导并建立了表面波传播速度与被测容器(或管道)压力之间的关系模型。进一步从实际测量的角度出发,给出了表面波传播时间变化量与被测压力之间的关系模型,并对应变在测量中的影响给予了修正。 2.鉴于实验中采集得到的表面波信号往往含有相关有色噪声成分,引入了基于连续小波变换的广义相关时延估计方法来计算得到不同压力条件下的时间变化量,取得了良好的效果。建立了相应的实验系统,在变压力的情况下对表面波沿容器轴向和切向传播时的情况分别做了实验研究,结果表明测量模型可以很好地预测实验结果,从而证实了模型的正确性和基于表面波测压方法的可行性。 3.针对测量中存在的时间测量精度低、压力变化分辨不高、实时性较差、检测设备成本高等问题,研制了表面波循环计时测量装置,在较低的时间测量精度下,实现了表面波传播时间变化量的精确测量,将原先2ns的实际测量精度提高到0.5ns,设备成本却大大降低,为今后仪表地开发奠定了基础。 4.结合实验中的一些现象深入讨论了温度对测量结果的影响,在考虑主要影响因素的条件下,从理论上对测量模型给予了进一步的修正,并在模型的指导下,提出了通过参比式变换的方法对温度误差进行校正,试验结果表明参比变换的方法可以有效地消除温度的影响。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 侵入式压力测量方法
1.2.1 液柱式压力检测
1.2.2 弹性式压力检测
1.2.3 电气式压力检测
1.2.4 活塞式压力检测
1.3 非侵入式压力测量方法
1.3.1 电阻应变测量法
1.3.2 基于超声波的压力测量方法
1.4 本文的研究内容
第二章 超声检测技术文献综述
2.1 超声的分类
2.2 超声波的种类(波型)
2.3 超声波的产生和接收
2.3.1 机械式超声技术
2.3.2 压电型超声技术
2.3.3 磁致伸缩型超声技术
2.3.4 电磁声超声技术
2.3.5 激光超声技术
2.3.6 静电耦合、干耦合和空气耦合技术
2.4 超声检测技术中的热点问题
2.5 超声测应力技术
2.5.1 声弹性
2.5.2 表面波测应力技术
2.6 本文的技术方案和难点
2.7 小结
第三章 基于表面波的容器压力测量关系模型
3.1 表面波的传播特性
3.1.1 波动方程
3.1.2 表面波传播规律
3.2 表面波声弹关系的一般描述
3.2.1 有限变形状态下的运动方程
3.2.2 边界条件
3.2.3 均匀变形下的表面波声弹关系
3.3 表面波声弹关系明确表达式
3.4 实用表面波声弹公式
3.5 薄壁容器压力与应力的关系
3.6 圆柱形容器测量关系模型的建立
3.7 对应变的修正
3.8 小结
第四章 基于表面波测压方法的实验研究
4.1 声时差的测量方法确定
4.1.1 延迟线法
4.1.2 回振法(Sing-around method)
4.1.3 脉冲回波重合法(pulse-echo-overlap-method)
4.1.4 基于互相关函数(CCF)的时延估计方法
4.2 基于小波变换的广义相关时延估计方法
4.2.1 基本理论
4.2.2 基小波和尺度因子的选取
4.2.2 结果比较
4.3 试验方案的确定
4.3.1 表面波换能器(探头)
4.3.2 耦合剂的选择
4.3.3 示波器参数的选择
4.3.4 测试对象及材料参数
4.4 试验结果及讨论
4.4.1 表面波波速的测量
4.4.2 关系模型的验证
4.4.3 误差分析
4.4.4 问题的讨论
4.4.5 表面波测压方法步骤
4.5 表面波与纵波的比较
4.6 小结
第五章 表面波循环触发时间测量装置的研制
5.1 基本原理
5.2 电路设计及实现
5.3 实验研究
5.4 小结
第六章 对温度影响的修正及实验研究
6.1 模型修正
6.2 温度影响的消除
6.3 小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
作者攻读博士学位期间发表和录用的论文
致谢
发布时间: 2005-07-27
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标签：压力检测论文; 非侵入式论文; 超声波论文; 表面波论文; 应力论文; 应变论文; 延时估计论文; 温度论文; 参比变换论文; 连续小波变换论文; 广义相关算法论文;