论文摘要
双频涡流检测技术是继单频涡流检测技术后兴起的一种新型电磁无损检测技术,它兼具单频涡流检测的特点,又能完成单频涡流甚至其他涡流检测技术不能完成的任务,双频涡流检测的最大特点是可以同时检测不同参数,具有在复杂信号中分辨干扰信号和有用信号的能力,在飞机进气管道和蒙皮等的在役缺陷检测上发挥着重要作用。本文首先阐述了涡流检测以及双频涡流检测技术的国内外研究现状和发展趋势,分析了双频涡流检测的理论及其关键技术。在此基础上,设计完成了基于直接数字合成技术的正交参考型双频信号发生器;并根据双频涡流检测信号需要频率分离的特点,设计了基于双正交锁定放大技术的信号调理频率分离电路,通过SIMULINK仿真和硬件电路实现等方式,验证了频率分离电路的有效性;通过有限元建模仿真,获得了双频涡流检测时差动传感器的阻抗数据曲线,通过这些数据实现和验证了参数分离算法;以设计理论和有限元仿真为依据,完成了双频涡流差动传感器的设计和制作;指出了选择双频涡流检测频率的依据。最终,本文设计完成了双频涡流无损检测系统,搭建了实验平台。从定性的角度对有干扰存在的缺陷信号的判别方法进行了研究,成功运用参数分离算法从测试信号中剔除了支撑板干扰信号;从定量的角度给出了缺陷的尺寸、位置与幅值、相位等信号特征量之间的关系。本文一方面进行了大量的有限元建模仿真,为系统设计提供了数据支撑。另一方面,在设计出的双频涡流实验平台上,借助实物试件,完成了双频涡流测试,获得了实测数据,与仿真结果趋势基本相符。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题的来源及意义1.2 涡流检测历史背景与技术特点1.2.1 涡流检测的历史背景1.2.2 涡流检测技术特点1.3 双频涡流检测技术特点及研究现状1.3.1 双频涡流检测技术特点1.3.2 国内外研究现状1.3.3 研究发展趋势1.4 论文的主要内容1.5 本章小结第二章 涡流检测基本原理及双频涡流检测概述2.1 涡流检测基本原理2.1.1 涡流检测中的电磁场理论2.1.2 阻抗分析法2.2 双频涡流检测技术概述2.2.1 多频涡流的基本原理2.2.2 双频涡流检测独立作用原理2.3 本章小结第三章 双频涡流检测系统设计及实现3.1 双频涡流检测系统的总体设计3.1.1 双频涡流检测系统的总体框图3.1.2 双频涡流检测系统工作原理3.2 双频涡流检测系统中的信号源设计3.2.1 DDS 技术原理3.2.2 电路设计方案3.2.3 程序控制流程3.2.4 激励信号混频3.2.5 测试结果3.3 双频涡流检测系统中的传感器及信号拾取电路设计3.3.1 差动传感器设计3.3.2 检测信号拾取电桥设计3.3.3 实验验证3.4 双频涡流检测系统中混频信号的分离和提取3.4.1 锁相放大器原理在双频检测中的应用3.4.2 正交矢量型锁相放大器3.4.3 双频涡流检测中的双正交矢量型锁相放大器的原理及硬件实现3.4.4 混频信号分离和提取的Simulink 仿真3.5 双频涡流检测中的信号处理方法3.5.1 矩阵代数法3.5.2 相位旋转相减法3.6 双频涡流测试的频率选择3.6.1 频率选择的经验公式3.6.2 仿真频率选择3.7 本章小结第四章 双频涡流检测的差动传感器阻抗仿真分析4.1 有限元仿真软件ANSYS 介绍4.1.1 ANSYS 软件建模仿真的步骤4.1.2 课题ANSYS 建模仿真和分析流程4.2 差动传感器检测管道缺陷的建模仿真4.2.1 差动传感器阻抗仿真的有限元直接法4.2.2 差动传感器检测管道全周向缺陷的模型建立4.2.3 差动传感器检测管道全周向缺陷的仿真过程及仿真数据4.3 相位旋转相减算法在双频涡流仿真数据上的应用4.3.1 缺陷远离管道支撑物边缘时的算法应用4.3.2 缺陷接近管道支撑物边缘时的算法应用4.4 不同情况下缺陷信号的仿真分析和特征量提取4.4.1 不同位置、不同深度全周向缺陷的仿真分析和特征量提取4.4.2 不同宽度全周向缺陷的仿真分析和特征量提取4.4.3 不同线圈宽度、线圈间距的仿真分析4.5 本章小结第五章 实验验证5.1 检测系统平台搭建5.2 实验过程及数据分析5.2.1 缺陷隐藏在支撑中间下方时的实验数据5.2.2 缺陷隐藏在支撑边缘下方时的实验数据5.2.3 不同缺陷的检测数据分析5.3 本章小结第六章 结论和展望6.1 研究成果及结论6.2 工作展望致谢参考文献作者在学期间取得的学术成果
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