磁通測量位移傳感方法及在鋼管形貌畸變檢測中的應(yīng)用
發(fā)布時間:2021-12-19 12:17
鋼管是重要的原材料之一,我國鋼管生產(chǎn)產(chǎn)量已占全球的70%以上,為了提升產(chǎn)品質(zhì)量,鋼管的檢測越來越重要。鋼管漏磁、超聲、渦流無損檢測對裂紋類缺陷敏感、而對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,近年來采用了激光三維位移測量技術(shù),但進口設(shè)備昂貴。本文主要研究一種基于磁通測量的電磁式位移傳感方法,重點開展鋼管表面形貌畸變檢測的應(yīng)用研究。首先提出了一種基于交流磁通測量的位移傳感方法,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。仿真與實驗驗證了此線性關(guān)系,同時系統(tǒng)分析了渦流效應(yīng)以及傳感器尺寸參數(shù)對輸出線性特性的影響規(guī)律。為了獲得更高的頻率響應(yīng),進一步提出了基于永磁磁通測量的位移傳感方法,發(fā)明了磁橋式永磁磁通測量位移傳感器,通過理論推導(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,通過仿真計算和實驗驗證了此線性關(guān)系,同時研究了傳感器結(jié)構(gòu)尺寸對輸出電壓的影響規(guī)律。為了實現(xiàn)陣列位移傳感技術(shù),將交流磁通測量位移傳感器和永磁磁通測量位移傳感器結(jié)合,間隔排列,有效消除了相鄰傳感器間的電磁干擾,為此...
【文章來源】:華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:126 頁
【學(xué)位級別】: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)測量系統(tǒng)圖(b)鋼管輪廓測量圖圖1.23D結(jié)構(gòu)光鋼管表面測量案例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,在精密測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[55]。隨著生產(chǎn)制造水平的逐漸提高,國內(nèi)外對電容位移傳感器的研究也趨于高精化,對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,分辨率和精度均達到微米級。而后國內(nèi)也相繼開始開發(fā)容柵技術(shù)[56],并逐漸往智能化、自動化發(fā)展,開展了一系列基于單片機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)計了一種基于聯(lián)鎖電極的電容位移傳感器,通過向一對梳狀結(jié)構(gòu)的電極激勵相反相位的高頻電壓,通過兩個電氣上具有正交關(guān)系的采集通道,將位移轉(zhuǎn)化為準正余弦信號,此設(shè)計經(jīng)過PCB制作的原型探頭驗證了其可行性[55]。上海交通大學(xué)的何明軒開發(fā)出一款結(jié)合MEMS工藝的微電容位移傳感器,并與微型測針集成構(gòu)成一個觸覺測頭,軸向分辨力達到10nm[58]。蘇州大學(xué)的雷焱焱開發(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)運算,難以方便的應(yīng)用于實際用途中[10]。在實際運用中,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物的間距增加,渦流傳感器靈敏度急劇下降。根據(jù)經(jīng)驗,為了保證一個合適的靈敏度,渦流位移傳感器與被測物的最大間距最好不超過線圈直徑的三分之一[10]。對于渦流位移傳感器來說,傾斜的影響與電容位移傳感器類似,例如傳感器與被測物的不平行對測量影響較大。因此,對兩種傳感器來說,精確的對準被測物非常重要,尤其在測量間距較小時(相對線圈直徑而言),這種傾斜會直接導(dǎo)致傳輸特性的偏差,進而導(dǎo)致測量誤差。文獻[22,93,94]均做過相關(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)當測量微米級或者納米級的小位移時,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)貼上被測物。這是由于被測物的位置是由渦流密度中心確定的,而這個中心是在被測物內(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主要來源。王洪波提出同時測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,但可能會使硬件電路更為復(fù)雜,同時增加功耗,并引起線圈的進一步升溫[13]。為改善靈敏度同時增強穩(wěn)定性,可以降低被測物的電阻率,
【參考文獻】:
期刊論文
[1]鋼管厚度及分層自動超聲檢測工藝和校準方法研究[J]. 王哲,崔西明,濮海明,康宜華. 中國測試. 2017(03)
[2]柔性渦流陣列傳感器的磁場計算分析[J]. 曹青松,畢彬杰,周繼惠. 傳感器與微系統(tǒng). 2016(11)
[3]互擾對渦流陣列傳感器裂紋檢測性能影響[J]. 杜金強,何宇廷,李培源,武衛(wèi). 華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(11)
[4]冷拔軸承鋼管生產(chǎn)質(zhì)量缺陷分析與預(yù)防[J]. 任蜀焱,彭家國,楊宇曦,劉照華. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(03)
[5]基于渦流陣列的裂紋檢測仿真分析[J]. 杜金強,何宇廷,丁華. 無損檢測. 2011(07)
[6]基于單一軸向磁化的鋼管高速漏磁檢測方法[J]. 孫燕華,康宜華,石曉鵬. 機械工程學(xué)報. 2010(10)
[7]礦用鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 何衍興,申志兵,邊學(xué)叢,梅甫定. 工業(yè)安全與環(huán)保. 2009(12)
[8]智能型電容式位移傳感器的研制及應(yīng)用[J]. 劉果. 水電自動化與大壩監(jiān)測. 2006(03)
[9]激光三角法測量誤差分析與精度提高研究[J]. 吳劍鋒,王文,陳子辰. 機電工程. 2003(05)
[10]基于DSP技術(shù)的鋼管內(nèi)直徑及內(nèi)表面檢測[J]. 伏燕軍,楊坤濤. 光電工程. 2003(03)
博士論文
[1]鋼管漏磁檢測中的動生渦流影響機理及其應(yīng)用[D]. 馮搏.華中科技大學(xué) 2016
[2]在役拉索金屬截面積測量方法[D]. 袁建明.華中科技大學(xué) 2012
碩士論文
[1]無縫鋼管直徑測量與表面缺陷檢測系統(tǒng)研究[D]. 王澤.廣西師范大學(xué) 2019
[2]基于陣列脈沖渦流技術(shù)的位移測量系統(tǒng)及試驗研究[D]. 申林堅.南昌航空大學(xué) 2018
[3]三角法激光位移傳感器多模式測量方法研究[D]. 陳建華.杭州電子科技大學(xué) 2018
[4]鋼管外掃查相控陣超聲成像及其定量檢測關(guān)鍵技術(shù)[D]. 袁軍峰.浙江大學(xué) 2017
[5]多頻渦流管道檢測數(shù)據(jù)處理與成像軟件設(shè)計[D]. 張蕓.電子科技大學(xué) 2017
[6]雙光路對稱補償?shù)募す馊欠ㄎ灰茰y量系統(tǒng)[D]. 姜蕾.浙江大學(xué) 2017
[7]渦流傳感器位移測量精度影響因素研究[D]. 李陽.大連理工大學(xué) 2016
[8]厚壁鋼管缺陷多通道超聲自動檢測方法研究[D]. 馬思遠.北京理工大學(xué) 2016
[9]基于渦流陣列的鋼管無損檢測研究[D]. 高偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[10]基于FPGA和ARM的二維激光位移測量技術(shù)研究[D]. 魏曉梅.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號:3544403
【文章來源】:華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:126 頁
【學(xué)位級別】: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)測量系統(tǒng)圖(b)鋼管輪廓測量圖圖1.23D結(jié)構(gòu)光鋼管表面測量案例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,在精密測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[55]。隨著生產(chǎn)制造水平的逐漸提高,國內(nèi)外對電容位移傳感器的研究也趨于高精化,對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,分辨率和精度均達到微米級。而后國內(nèi)也相繼開始開發(fā)容柵技術(shù)[56],并逐漸往智能化、自動化發(fā)展,開展了一系列基于單片機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)計了一種基于聯(lián)鎖電極的電容位移傳感器,通過向一對梳狀結(jié)構(gòu)的電極激勵相反相位的高頻電壓,通過兩個電氣上具有正交關(guān)系的采集通道,將位移轉(zhuǎn)化為準正余弦信號,此設(shè)計經(jīng)過PCB制作的原型探頭驗證了其可行性[55]。上海交通大學(xué)的何明軒開發(fā)出一款結(jié)合MEMS工藝的微電容位移傳感器,并與微型測針集成構(gòu)成一個觸覺測頭,軸向分辨力達到10nm[58]。蘇州大學(xué)的雷焱焱開發(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)運算,難以方便的應(yīng)用于實際用途中[10]。在實際運用中,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物的間距增加,渦流傳感器靈敏度急劇下降。根據(jù)經(jīng)驗,為了保證一個合適的靈敏度,渦流位移傳感器與被測物的最大間距最好不超過線圈直徑的三分之一[10]。對于渦流位移傳感器來說,傾斜的影響與電容位移傳感器類似,例如傳感器與被測物的不平行對測量影響較大。因此,對兩種傳感器來說,精確的對準被測物非常重要,尤其在測量間距較小時(相對線圈直徑而言),這種傾斜會直接導(dǎo)致傳輸特性的偏差,進而導(dǎo)致測量誤差。文獻[22,93,94]均做過相關(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)當測量微米級或者納米級的小位移時,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)貼上被測物。這是由于被測物的位置是由渦流密度中心確定的,而這個中心是在被測物內(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主要來源。王洪波提出同時測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,但可能會使硬件電路更為復(fù)雜,同時增加功耗,并引起線圈的進一步升溫[13]。為改善靈敏度同時增強穩(wěn)定性,可以降低被測物的電阻率,
【參考文獻】:
期刊論文
[1]鋼管厚度及分層自動超聲檢測工藝和校準方法研究[J]. 王哲,崔西明,濮海明,康宜華. 中國測試. 2017(03)
[2]柔性渦流陣列傳感器的磁場計算分析[J]. 曹青松,畢彬杰,周繼惠. 傳感器與微系統(tǒng). 2016(11)
[3]互擾對渦流陣列傳感器裂紋檢測性能影響[J]. 杜金強,何宇廷,李培源,武衛(wèi). 華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(11)
[4]冷拔軸承鋼管生產(chǎn)質(zhì)量缺陷分析與預(yù)防[J]. 任蜀焱,彭家國,楊宇曦,劉照華. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(03)
[5]基于渦流陣列的裂紋檢測仿真分析[J]. 杜金強,何宇廷,丁華. 無損檢測. 2011(07)
[6]基于單一軸向磁化的鋼管高速漏磁檢測方法[J]. 孫燕華,康宜華,石曉鵬. 機械工程學(xué)報. 2010(10)
[7]礦用鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 何衍興,申志兵,邊學(xué)叢,梅甫定. 工業(yè)安全與環(huán)保. 2009(12)
[8]智能型電容式位移傳感器的研制及應(yīng)用[J]. 劉果. 水電自動化與大壩監(jiān)測. 2006(03)
[9]激光三角法測量誤差分析與精度提高研究[J]. 吳劍鋒,王文,陳子辰. 機電工程. 2003(05)
[10]基于DSP技術(shù)的鋼管內(nèi)直徑及內(nèi)表面檢測[J]. 伏燕軍,楊坤濤. 光電工程. 2003(03)
博士論文
[1]鋼管漏磁檢測中的動生渦流影響機理及其應(yīng)用[D]. 馮搏.華中科技大學(xué) 2016
[2]在役拉索金屬截面積測量方法[D]. 袁建明.華中科技大學(xué) 2012
碩士論文
[1]無縫鋼管直徑測量與表面缺陷檢測系統(tǒng)研究[D]. 王澤.廣西師范大學(xué) 2019
[2]基于陣列脈沖渦流技術(shù)的位移測量系統(tǒng)及試驗研究[D]. 申林堅.南昌航空大學(xué) 2018
[3]三角法激光位移傳感器多模式測量方法研究[D]. 陳建華.杭州電子科技大學(xué) 2018
[4]鋼管外掃查相控陣超聲成像及其定量檢測關(guān)鍵技術(shù)[D]. 袁軍峰.浙江大學(xué) 2017
[5]多頻渦流管道檢測數(shù)據(jù)處理與成像軟件設(shè)計[D]. 張蕓.電子科技大學(xué) 2017
[6]雙光路對稱補償?shù)募す馊欠ㄎ灰茰y量系統(tǒng)[D]. 姜蕾.浙江大學(xué) 2017
[7]渦流傳感器位移測量精度影響因素研究[D]. 李陽.大連理工大學(xué) 2016
[8]厚壁鋼管缺陷多通道超聲自動檢測方法研究[D]. 馬思遠.北京理工大學(xué) 2016
[9]基于渦流陣列的鋼管無損檢測研究[D]. 高偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[10]基于FPGA和ARM的二維激光位移測量技術(shù)研究[D]. 魏曉梅.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號:3544403
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/jiagonggongyi/3544403.html
最近更新
教材專著