發(fā)布時(shí)間：2017-08-10 07:02

  本文關(guān)鍵詞：基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的非介入式壓力檢測(cè)方法研究

  更多相關(guān)文章： 壓力測(cè)量 非介入式 壓力容器 臨界折射縱波 反射縱波 頻率影響 溫度影響

【摘要】：壓力容器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,數(shù)量巨大。它作為特種承壓設(shè)備往往承載著易燃易爆、劇毒或腐蝕介質(zhì)。壓力容器一旦發(fā)生事故,容易導(dǎo)致火災(zāi)、中毒、污染等災(zāi)難發(fā)生,嚴(yán)重破壞國(guó)民經(jīng)濟(jì),故其壓力狀態(tài)必須得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)方法通常需要在容器外壁鑿孔,破壞容器的結(jié)構(gòu)完整性,容易引起爆炸。因此,研究一種非介入式壓力檢測(cè)方法是非常必要的。在研究了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文結(jié)合聲彈性效應(yīng)與薄殼理論,提出了一種基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形(臨界折射縱波與多個(gè)反射縱波)的壓力檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比常用的基于單一波形的測(cè)量方法,該方法有效降低了溫度影響,測(cè)量精度較高,相對(duì)平均誤差控制在7%以下,均方根誤差在0.3 MPa以內(nèi)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)建立了超聲波(臨界折射縱波、反射縱波)傳播時(shí)延與壓力之間的關(guān)系模型。根據(jù)聲彈性效應(yīng)建立了波的傳播速度與應(yīng)力關(guān)系；根據(jù)板殼理論建立了壓力與應(yīng)力之間的關(guān)系；以應(yīng)力為中間變量,推導(dǎo)出了基于超聲波的壓力-時(shí)延測(cè)量模型。由于波的聲彈性效應(yīng)很微弱,壓力引起的傳播時(shí)延很小,本文引入FIR數(shù)字濾波器用于抑制噪聲信號(hào),并通過(guò)互相關(guān)法求取時(shí)延。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于FIR濾波的互相關(guān)法有效實(shí)現(xiàn)了時(shí)延測(cè)量,準(zhǔn)確度高。(2)理論研究了超聲波頻率對(duì)壓力測(cè)量性能的影響。以臨界折射縱波為對(duì)象,本文分析了波的滲透深度與頻率之間關(guān)系；利用有限元軟件ANSYS分析了管壁層的應(yīng)力分布；建立了波的傳播時(shí)延與頻率關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著頻率的增加,相同壓力下波的傳播時(shí)間增加,有助于提高靈敏度；但同時(shí)接收波信號(hào)幅值衰減更嚴(yán)重,信噪比降低,很可能會(huì)引起測(cè)量準(zhǔn)確度下降。綜合這兩方面的影響,本文選擇了5 MHz超聲探頭用于超聲波的激發(fā)與接收。(3)提出了一種基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量方法。分析基于單一波形的壓力測(cè)量方法發(fā)現(xiàn),其測(cè)量精度不高。原因主要有兩個(gè)方面：一方面,過(guò)度依賴單一波形的時(shí)延測(cè)量精度,而時(shí)延測(cè)量容易受環(huán)境噪聲干擾；另一方面,臨界折射縱波與眾多反射縱波的傳播時(shí)廷容易受溫度影響。由于臨界折射縱波、反射縱波時(shí)延均隨壓力、溫度呈線性變化,基于信息融合思想,本文提出了基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量方法,能有效降低溫度影響,提高壓力測(cè)量精度。(4)以兩水介質(zhì)壓力容器為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,對(duì)不同的壓力測(cè)量模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于基于單一波形的壓力測(cè)量方法,本文提出的方法取得了良好的測(cè)量精度。
【關(guān)鍵詞】：壓力測(cè)量 非介入式 壓力容器 臨界折射縱波 反射縱波 頻率影響 溫度影響
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH49;TP274
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 壓力容器12-13
• 1.2 壓力檢測(cè)技術(shù)及進(jìn)展13-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)方法13-14
• 1.2.2 非介入式壓力測(cè)量方法14-18
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和意義18-20
• 第2章 超聲波壓力檢測(cè)技術(shù)理論分析20-40
• 2.1 超聲波概述20-21
• 2.2 超聲波的波形轉(zhuǎn)換分析21-26
• 2.2.1 臨界折射縱波22-23
• 2.2.2 反射縱波23-26
• 2.3 超聲波壓力測(cè)量方法的可行性分析26-32
• 2.3.1 基于聲彈性效應(yīng)的波速-應(yīng)力模型26-29
• 2.3.2 基于板殼理論的壓力-應(yīng)力模型29-30
• 2.3.3 基于超聲波的壓力-時(shí)廷測(cè)量模型30-32
• 2.4 超聲波傳播時(shí)延測(cè)量方法研究32-37
• 2.4.1 時(shí)差法時(shí)延測(cè)量32-34
• 2.4.2 基于FIR濾波的互相關(guān)法時(shí)廷測(cè)量34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-40
• 第3章 超聲頻率對(duì)壓力檢測(cè)性能的影響分析40-50
• 3.1 超聲波探頭40-41
• 3.2 超聲波頻率影響分析41-45
• 3.2.1 波的滲透深度42
• 3.2.2 管壁層的應(yīng)力分布分析42-45
• 3.2.3 頻率對(duì)波的傳播時(shí)間影響45
• 3.3 頻率影響分析的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第4章 基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量模型50-64
• 4.1 壓力測(cè)量模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)50-51
• 4.2 溫度影響51-58
• 4.2.1 一發(fā)兩收探頭模式52-55
• 4.2.2 超聲波探頭固定裝置設(shè)計(jì)55-58
• 4.3 基于不同波形的壓力測(cè)量模型對(duì)比分析58-62
• 4.3.1 基于單一波形的壓力測(cè)量模型分析58-61
• 4.3.2 基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量模型分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)分析64-76
• 5.1 壓力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)64-67
• 5.2 基于不同波形的壓力測(cè)量模型67-73
• 5.2.1 基于單一波形的壓力測(cè)量模型71-72
• 5.2.2 基于多個(gè)轉(zhuǎn)換波形的壓力測(cè)量模型72-73
• 5.3 測(cè)量結(jié)果與誤差分析73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間的主要科研成果82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：649338