金属管道裂纹的金属磁记忆定量化评价方法研究

论文摘要

管道运输在现代化工业中占据及其重要的位置,由于腐蚀、磨损、意外损伤等导致的管道泄露造成了很大的损失,各国都对管道无损检测都给予了充分重视。管道存在应力集中是导致事故的主要根源。传统的无损检测方法没有办法对应力集中进行有效检测。金属磁记忆检测技术作为一种新的无损检测方法,在应力集中以及裂纹检测方面具有很多优点。本文介绍了金属磁记忆检测机理、检测系统的硬件和软件设计、以及金属磁记忆检测的定量化方法研究。检测系统的硬件主要由MSP430单片机,HMC1021Z型磁阻传感器,以及周边信号调理电路组成。软件设计包括单片机程序设计以及PC机上使用Matlab对数据进行处理的程序设计。检测系统的工作流程是：首先,通过传感器模块对实验板进行检测,检测到的信号经过信号调理电路变成MSP430单片机可以采集的信号,继而单片机A／D端口进行数据采集,并通过串行接口发送到PC终端。最后,使用Matlab软件对采集到的数据进行处理。本课题实验部分内容分两步进行,第一部分是对金属实验板进行检测。使用激光线切割的方法在实验板上预置了不同类型的裂纹,并通过振动的方法消除裂纹边缘处的残余应力。利用搭建好的金属磁记忆检测电路对实验板上不同类型的裂纹进行磁信号采集,在提取预置裂纹的原始磁信号基础上,对信号进行微分并归一化处理。而后,计算过零点峰峰值的梯度,并将该值作为检测缺陷／应力集中区的新的特征值。第二部分是验证实验,通过对金属管道裂纹进行检测,达到验证该特征值能否检测不同类型试件上裂纹／应力集中的目的。分析比较结果表明：过零点两端峰峰值梯度能够明显表征缺陷位置,并且具有良好的幅值一致性。由此得出结论,实验搭建的系统可以实现实验目的,同时过零点峰峰值比重可以作为金属磁记忆检测定量化分析的特征值。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无损检测技术发展概况
• 1.3 课题的背景及意义
• 1.3.1 金属磁记忆检测概况
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.3.3 国内研究现状
• 第二章 金属磁记忆检测原理
• 2.1 磁性物质的基本特性
• 2.1.1 磁介质及其分类
• 2.1.2 磁介质的磁化机制
• 2.1.3 磁滞回线
• 2.1.4 磁致伸缩效应
• 2.1.5 磁机械效应
• 2.2 金属磁记忆的检测机理
• 2.2.1 铁磁元件产生漏磁现象原因
• 2.2.2 金属磁记忆原理
• 第三章 检测系统的硬件电路设计
• 3.1 检测系统设计整体方案
• 3.2 传感器模块设计
• 3.2.1 HMC1021Z磁阻传感器
• 3.2.2 磁阻传感器复位电路
• 3.3 信号处理电路设计
• 3.4 单片机及其外围电路设计
• 3.4.1 MSP430单片机简介
• 3.4.2 MSP430X149单片机特点
• 3.4.3 MSP430X149单片机最小系统
• 3.4.4 电源电路
• 3.4.5 单片机接口
• 第四章 检测系统的软件系统设计
• 4.1 检测系统的软件设计流程
• 4.2 单片机程序设计
• 4.2.1 开发环境IAR Embedded Workbench
• 4.2.2 MSP430系统指令简介
• 4.2.3 MSP430初始化
• 4.2.4 数据发送程序设计
• 4.3 Matlab软件数据处理
• 4.3.1 Matlab介绍
• 4.3.2 Matlab数据处理
• 第五章 裂纹检测实验及数据分析
• 5.1 实验方法介绍
• 5.2 钢板裂纹检测实验
• 5.2.1 实验板介绍
• 5.2.2 对裂纹长度的识别
• 5.2.3 不同深度裂纹比较
• 5.2.4 不同角度测量裂纹诊断
• 5.3 金属管道裂纹检测
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书