鋼管是重要的原材料之一,我國(guó)鋼管生產(chǎn)產(chǎn)量已占全球的70%以上,為了提升產(chǎn)品質(zhì)量,鋼管的檢測(cè)越來(lái)越重要。鋼管漏磁、超聲、渦流無(wú)損檢測(cè)對(duì)裂紋類缺陷敏感、而對(duì)表面緩變的形貌畸變不敏感。鋼管表面形貌畸變一直采用人工目視檢查,近年來(lái)采用了激光三維位移測(cè)量技術(shù),但進(jìn)口設(shè)備昂貴。本文主要研究一種基于磁通測(cè)量的電磁式位移傳感方法,重點(diǎn)開(kāi)展鋼管表面形貌畸變檢測(cè)的應(yīng)用研究。首先提出了一種基于交流磁通測(cè)量的位移傳感方法,研究了其傳感原理,并發(fā)明了一款磁橋式交流磁通測(cè)量位移傳感器,分析了其輸出特性,結(jié)果表明,傳感器的輸出電壓與位移的倒數(shù)呈線性關(guān)系。仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此線性關(guān)系,同時(shí)系統(tǒng)分析了渦流效應(yīng)以及傳感器尺寸參數(shù)對(duì)輸出線性特性的影響規(guī)律。為了獲得更高的頻率響應(yīng),進(jìn)一步提出了基于永磁磁通測(cè)量的位移傳感方法,發(fā)明了磁橋式永磁磁通測(cè)量位移傳感器,通過(guò)理論推導(dǎo)得到其輸出電壓與位移和某常數(shù)之和的倒數(shù)呈線性關(guān)系,通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此線性關(guān)系,同時(shí)研究了傳感器結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)輸出電壓的影響規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)陣列位移傳感技術(shù),將交流磁通測(cè)量位移傳感器和永磁磁通測(cè)量位移傳感器結(jié)合,間隔排列,有效消除了相鄰傳感器間的電磁干擾,為此... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鋼管表

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文7（a）測(cè)量系統(tǒng)圖（b）鋼管輪廓測(cè)量圖圖1.23D結(jié)構(gòu)光鋼管表面測(cè)量案例1.3位移傳感方法研究現(xiàn)狀1.3.1位移傳感技術(shù)（1）電容位移傳感電容位移傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，在精密測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[55]。隨著生產(chǎn)制造水平的逐漸提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)電容位移傳感器的研究也趨于高精化，對(duì)電容位移傳感器的精度、量程、穩(wěn)定性都提出了更高的要求。80年代初期，瑞士SYLVAC公司研制出基于容柵技術(shù)的數(shù)顯卡尺，分辨率和精度均達(dá)到微米級(jí)。而后國(guó)內(nèi)也相繼開(kāi)始開(kāi)發(fā)容柵技術(shù)[56]，并逐漸往智能化、自動(dòng)化發(fā)展，開(kāi)展了一系列基于單片機(jī)的電容位移傳感器相關(guān)研究[57]。杭州師范大學(xué)的HongxiangYu等人設(shè)計(jì)了一種基于聯(lián)鎖電極的電容位移傳感器，通過(guò)向一對(duì)梳狀結(jié)構(gòu)的電極激勵(lì)相反相位的高頻電壓，通過(guò)兩個(gè)電氣上具有正交關(guān)系的采集通道，將位移轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)正余弦信號(hào)，此設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)PCB制作的原型探頭驗(yàn)證了其可行性[55]。上海交通大學(xué)的何明軒開(kāi)發(fā)出一款結(jié)合MEMS工藝的微電容位移傳感器，并與微型測(cè)針集成構(gòu)成一個(gè)觸覺(jué)測(cè)頭，軸向分辨力達(dá)到10nm[58]。蘇州大學(xué)的雷焱焱開(kāi)發(fā)出基于MEMS工藝的硅基

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文11（4）渦流位移傳感為了通過(guò)解析法得到渦流位移傳感器中位移與電感的傳輸方程，已有不少相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表了相關(guān)研究成果[88-91]。但是，由于有許多參數(shù)均對(duì)分析結(jié)果有影響，最終分析結(jié)果總是導(dǎo)向復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，難以方便的應(yīng)用于實(shí)際用途中[10]。在實(shí)際運(yùn)用中，MohammadRezaNabavi和StoyanN.Nihtianov等用一條指數(shù)曲線去近似渦流位移傳感器的傳輸特性，較為有效，其傳輸特性曲線圖如圖1.3所示[92]。這種特性表明，與電容位移傳感器類似，隨著位移傳感器與被測(cè)物的間距增加，渦流傳感器靈敏度急劇下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為了保證一個(gè)合適的靈敏度，渦流位移傳感器與被測(cè)物的最大間距最好不超過(guò)線圈直徑的三分之一[10]。對(duì)于渦流位移傳感器來(lái)說(shuō)，傾斜的影響與電容位移傳感器類似，例如傳感器與被測(cè)物的不平行對(duì)測(cè)量影響較大。因此，對(duì)兩種傳感器來(lái)說(shuō)，精確的對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物非常重要，尤其在測(cè)量間距較小時(shí)（相對(duì)線圈直徑而言），這種傾斜會(huì)直接導(dǎo)致傳輸特性的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量誤差。文獻(xiàn)[22,93,94]均做過(guò)相關(guān)研究。圖1.3典型渦流傳感器傳輸特性（不同位置處相同位移范圍內(nèi)電感值最大變化量）當(dāng)測(cè)量微米級(jí)或者納米級(jí)的小位移時(shí)，成十上百微米的趨膚深度將造成重大影響，即使傳感線圈幾乎已經(jīng)貼上被測(cè)物。這是由于被測(cè)物的位置是由渦流密度中心確定的，而這個(gè)中心是在被測(cè)物內(nèi)而不是其表面。這是導(dǎo)致渦流位移傳感器穩(wěn)定性和分辨率不夠高的一個(gè)主要來(lái)源。王洪波提出同時(shí)測(cè)量位移和溫度的方法等，這些解決辦法能改善溫度穩(wěn)定性，但可能會(huì)使硬件電路更為復(fù)雜，同時(shí)增加功耗，并引起線圈的進(jìn)一步升溫[13]。為改善靈敏度同時(shí)增強(qiáng)穩(wěn)定性，可以降低被測(cè)物的電阻率，

【參考文獻(xiàn)】：
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