舰船腐蚀电磁场的测量及防护方法的研究

论文摘要

海水是一种很强的腐蚀性介质，舰船处于海洋环境中，钢质船壳不可避免地要发生腐蚀。为了使船体不受腐蚀，舰船普遍采用外加电流阴极保护的保护方法。由于施加阴极保护系统，在舰船的周围产生由阴极保护系统的电流产生的腐蚀静电场和极低频电磁场，为舰船的安全性带来了威胁，因此对舰船腐蚀电磁场进行研究，具有重要的军事意义。本文的工作是利用我们设计的基于虚拟仪器的舰船腐蚀电磁场的测量系统，主要对舰船的轴频特性信号的提取和舰船腐蚀静电场和极低频电磁场防护方法等问题进行研究。首先针对随着传播距离的增大极低频电场衰减很快，很容易被环境噪声所掩盖，研究了基于谐波小波的自适应谱线增强器来提高微弱轴频电场远程检测能力的方法，利用该方法对舰船电磁场缩比模型产生的轴频电场的实测数据进行处理。然后针对谐波小波在时域衰减速度慢的缺点，对其在频域进行光滑处理，得到了性质更好的改进的谐波小波，并利用改进的广义谐波小波算法实现了轴频特征提取。同时为了自适应地“无限细分”整个频带以提取信号中的有用频率成分，本文研究了最优小波包基的自适应谐波小波算法。此外船体防腐蚀保护的有效性与阴极保护系统设计有关，因此本文研究了双区域阴极保护系统，对双区域阴极保护系统进行了优化设计，实现既满足船体防腐蚀，同时又降低腐蚀静电场，同时为了降低轴频电场，在分析有源轴接地系统原理的基础上，提出利用信号处理的方法进行电压补偿的思想。另外基于相似性原理，分析了舰船电磁场缩比模型，同时设计1∶100舰船电磁场缩比模型，利用缩比模型研究了不同转速下的舰船轴频电场的特征。最后利用三维电场传感器，同时基于虚拟仪器的思想构建了舰船腐蚀电场的测量系统，实现了舰船腐蚀静电场和极低频轴频电场的快速、准确的测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 舰船腐蚀电磁场的来源
• 1.3 舰船电场研究概况
• 1.3.1 舰船电场在军事方面的研究概况
• 1.3.2 舰船水下电场测量装置的研制概况
• 1.4 舰船腐蚀电磁场研究概况
• 1.4.1 舰船腐蚀电磁场在海水中传播
• 1.4.2 腐蚀相关的电磁场的特征
• 1.4.3 舰船腐蚀电磁场防护研究概况
• 1.5 阴极保护的研究概况
• 1.6 谐波小波发展现状
• 1.6.1 经典谐波小波的研究与应用
• 1.6.2 广义谐波小波的研究与应用
• 1.7 自适应技术发展
• 1.8 课题研究的目的及本文研究内容
• 1.8.1 课题研究的目的及意义
• 1.8.2 本文的主要工作
• 第2章 基于谐波小波的自适应谱线增强
• 2.1 自适应去噪原理
• 2.2 LMS自适应滤波器
• 2.2.1 基本LMS算法
• 2.2.2 基本LMS算法的性能
• 2.3 自适应谱线增强
• 2.4 谐波小波
• 2.5 基于谐波小波的自适应谱线增强
• 2.6 仿真实验
• 2.6.1 实验方法
• 2.6.2 仿真结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于谐波小波变换的轴频特征提取
• 3.1 舰船轴频电场的形成
• 3.2 谐波小波数字滤波
• 3.2.1 谐波小波滤波方法
• 3.2.2 谐波小波在轴频特征提取中的仿真
• 3.3 改进的广义谐波小波
• 3.3.1 广义谐波小波的定义及其变换
• 3.3.2 改进的广义谐波小波
• 3.3.3 离散信号的广义谐波小波变换
• 3.3.4 改进广义谐波小波算法
• 3.3.5 仿真实验
• 3.4 基于最优小波包基的自适应谐波小波包算法
• 3.4.1 谐波小波包
• 3.4.2 基于最优小波包基的自适应谐波小波
• 3.5 本章小结
• 第4章 双区域外加电流阴极保护系统的优化
• 4.1 阴极保护
• 4.1.1 阴极保护原理
• 4.1.2 阴极保护的参数
• 4.2 舰船在海水中的腐蚀
• 4.3 舰船外加电流阴极保护系统
• 4.3.1 外加电流阴极保护系统组成
• 4.3.2 外加电流阴极保护系统的连接
• 4.4 双区域外加电流阴极保护系统的优化
• 4.4.1 舰船腐蚀电位
• 4.4.2 均匀设计的单区域外加电流阴极保护系统
• 4.4.3 均匀设计的双区域外加电流阴极保护系统
• 4.4.4 改进的均匀设计双区域外加电流阴极保护系统
• 4.5 本章小结
• 第5章 轴频电场的防护
• 5.1 轴频电场的原理等效电路
• 5.2 无源轴（被动轴）接地系统的实验
• 5.3 有源轴接地系统的原理
• 5.4 基于基波和谐波的自适应补偿的轴频电场的降低
• 5.4.1 基于ANN理论自适应检测谐波电压的原理
• 5.4.2 谐波补偿的原理
• 5.4.3 谐波补偿的算法
• 5.5 模拟实验
• 5.5.1 谐波合成
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 舰船轴频电磁场缩比模型
• 6.1 相似理论
• 6.1.1 相似的基本概念
• 6.1.2 物理现象相似
• 6.2 舰船电磁场缩比模型设计方法
• 6.3 舰船电磁场缩比模型具体设计
• 6.3.1 实船参数
• 6.3.2 模型材料主要组成
• 6.3.3 螺旋桨处理
• 6.4 舰船轴频电场的实验
• 6.5 轴频电场的结果
• 6.6 本章小结
• 第7章 基于虚拟仪器的舰船腐蚀电场测量系统
• 7.1 虚拟仪器
• 7.2 舰船腐蚀电场测量系统硬件结构
• 7.2.1 电场传感器
• 7.2.2 数据采集与控制模块
• 7.2.3 舰船外加电流阴极保护系统
• 7.3 舰船腐蚀电场测量系统软件
• 7.3.1 “谱泄漏”现象的消除
• 7.3.2 信号处理和分析
• 7.3.3 系统的软件流程
• 7.4 舰船腐蚀静电场和轴频电场的测量
• 7.4.1 舰船腐蚀静电场测量
• 7.4.2 舰船腐蚀轴频电场测量
• 7.5 测量结果分析
• 7.5.1 静电场测量结果
• 7.5.2 轴频电场测量结果
• 7.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历