管道通径仪的测试方法研究

论文摘要

管道通径仪是对管道变形检测的仪器,管道变形不仅造成管道运输能力的降低,而且影响管道本身的安全系数,对管道的安全运行造成潜在的危机,因此,在管道投入使用后必须进行定期的管道变形检测。本文以开发管道通径仪新的测试方法为背景,将电涡流无损检测技术理论与管道变形检测的实际相结合,对其理论和关键技术问题进行深入具体的研究。论述了国内外管道通径仪检测装置及相关理论的研究现状,分析了电涡流传感器测试方法的原理及特点,在此基础上,确定了以电涡流测距原理为基础进行管道变形检测的研究内容和技术方案。整个系统主要由电涡流传感器和测量电路两部分组成。详细地对电涡流传感器进行了设计,论述了电涡流传感器的测距原理及线圈参数对电涡流传感器性能的影响。阐述了电涡流传感器与金属管道之间的电磁耦合关系,提出了利用Matlab仿真软件对电涡流传感器的结构、形状和尺寸进行设计,并给出电涡流传感器设计中进一步优化的方法。此外,针对电涡流传感器的模具进行了设计,给出了电涡流传感器的设计结构、安装和制作工艺过程中的注意事项。测量电路部分给出了将传感器采集来的模拟信号转化为电信号的测量方法,并设计了测量电路。针对所采集来的电信号非线性的问题,给出了扩大其线性测量范围的测量方法及测量电路。整个系统的设计、制作和试验调试都采用模块化的设计方法。整个系统在实验室进行了调试实验,并对实验数据进行了分析,实验证明整个方案是可行的,本系统能够实现对管道变形情况的检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 国内外管道通径仪的研究现状
• 1.3 与本课题相关的电涡流测量技术的研究状况
• 1.4 本课题的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 系统整体设计
• 2.1 检测原理
• 2.2 系统原理框图设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 电涡流传感器的工作原理
• 3.1 电磁感应现象及涡流
• 3.1.1 电磁感应现象
• 3.1.2 涡流
• 3.2 电涡流的形成范围
• 3.2.1 电涡流的贯穿深度h和径向范围
• 3.2.2 电涡流的损耗功率
• 3.2.3 传感器的Q值、阻抗值Z和电感值L
• 3.3 本章小结
• 第四章 电涡流传感器的设计
• 4.1 线圈参数设计
• 4.1.1 线圈的形状和大小对传感器性能的影响
• 4.1.2 线圈的电感系数和交流阻抗的计算
• 4.2 被测体等效电阻和电感
• 4.2.1 涡流计算环概念
• 4.2.2 被测体等效电阻计算
• 4.2.3 被测体等效电感计算
• 4.3 计算机辅助设计
• 4.3.1 涉及公式
• 4.3.2 流程图
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 传感器的优化设计
• 4.4.1 数学模型
• 4.4.2 目标函数
• 4.4.3 参数选择与约束简化
• 4.4.4 算法讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 电涡流传感器的制作
• 5.1 传感器的结构
• 5.2 传感器的安装
• 5.3 传感器制作的注意事项
• 5.3.1 被测体大小的影响
• 5.3.2 被测体形状的影响
• 5.3.3 被测体材料的影响
• 5.3.4 电涡流传感器的校准
• 5.3.5 电涡流传感器的抗腐蚀性设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 测量电路设计
• 6.1 电涡流式仪表分类
• 6.1.1 载波频率改变的调幅发和调频法
• 6.1.2 恒定频率的载波调幅法
• 6.2 传感器测量电路（前置器）设计
• 6.2.1 测量电路（前置器）的原理框图
• 6.2.2 激励信号源（石英晶体振荡电路）设计
• 6.2.3 接收电路设计
• 6.2.4 扩大线性测量范围的方法
• 6.3 测量电路电子部件的安全设计
• 6.3.1 绘图工具选择
• 6.3.2 模拟电路的抗干扰设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 实验
• 7.1 实验装置
• 7.2 实验方法与结果
• 7.2.1 实验方法
• 7.2.2 实验结果
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 附录A 传感器仿真设计程序
• 附录B 测量电路原理图
• 在学研究成果
• 致谢