基于有限元法的管道漏磁检测方法研究

论文摘要

钢铁输送管道在我国的工业生产和国民经济中起着重要作用,但是管道设施由于工作环境恶劣,易因腐蚀形成管道损伤。为避免或者减少管道事故的发生,准确了解管道状况、维护管道经济可靠运行,对出厂管道进行检测是最基本的方法之一。本文以管道内部缺陷为研究对象,对管道漏磁检测系统结构和信号检测与处理电路作了系统地分析与研究。首先阐述了漏磁检测技术的研究现状,介绍了漏磁检测的电磁场理论和有限元理论以及解决二维轴对称磁场问题的方法。基于这些理论基础,然后介绍了用ANSYS有限元软件来模拟缺陷产生的漏磁场,并对影响漏磁场的因素做了分析,通过软件仿真可以建立与缺陷形状,参数相对应的数据库,为漏磁检测的定量化研究打下基础,从而成为设计实际漏磁检测装置的参考。然后从磁化方式、磁化方法角度详细叙述了管道漏磁检测的磁化装置结构及其原理,提出了用内部励磁代替外部励磁的方案,从而简化设计并且能够测量管壁内部不易发现的损伤。设计了横向及纵向缺陷的漏磁检测的磁化装置,以及驱动管道螺旋前进的方法。最后基于STC单片机,研究设计了漏磁检测系统的硬件电路及软件流程部分。经过对几种磁敏感元件进行比较,选择霍尔传感器来采集微小弱信号,并设计了传感器的排布方式及多传感器的级联方案。检测信号的转换、处理和存储报警部分选择内部带有A/D转换及PWM功能的STC单片机为核心部件,利用单片机控制将采集到的信号经过滤波、放大,转换成有用信号,通过设置阈值来使得声光报警器报警,从而达到检测的目的。管道的驱动装置用直流力矩电机来实现,通过PWM脉宽调制来实现对电机转速的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 管道漏磁检测的理论基础
• 2.1 电磁场理论
• 2.2 用有限元法求解电磁场问题
• 2.3 本章小结
• 3 ANSYS有限元分析
• 3.1 ANSYS软件使用简介
• 3.2 ANSYS分析的基本步骤
• 3.3 漏磁场的有限元分析过程及结果
• 3.4 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 管道磁化装置的设计
• 4.1 漏磁检测的磁化方式
• 4.2 纵向和横向缺陷的磁化方法
• 4.3 本章小结
• 5 漏磁检测装置的设计
• 5.1 传感器的选择
• 5.2 漏磁信号调理与去噪
• 5.3 信号硬件电路设计
• 5.4 管道行进驱动电路设计
• 5.5 本章小结
• 6 系统的软件实现
• 6.1 单片机主程序流程图
• 6.2 缺陷检测子程序
• 6.3 其他子程序
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况
• 附录