【摘要】：針對(duì)非金屬材料缺陷深度的檢測(cè)需求,本論文在單極板電容成像檢測(cè)技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,引入多極板電容成像檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)非金屬材料缺陷深度的定位,檢測(cè)速度在原有基礎(chǔ)上顯著提高。采用理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,重點(diǎn)構(gòu)建多極板電容成像檢測(cè)技術(shù)理論模型,從多極板電容成像探頭檢測(cè)靈敏度分布入手,分析影響多極板電容成像探頭成像性能的參數(shù),對(duì)多極板電容成像探頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),利用已優(yōu)化設(shè)計(jì)的探頭對(duì)缺陷的深度進(jìn)行定位檢測(cè),并開發(fā)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。論文主要從以下四個(gè)方面展開研究:(1)多極板電容成像檢測(cè)技術(shù)理論研究介紹了電容的邊緣效應(yīng)、敏感場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述、正反問題等基本理論。利用COMSOL對(duì)多極板電容成像檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行機(jī)理研究并建立多極板電容成像探頭和含缺陷試件的整體仿真模型,得到的仿真結(jié)果驗(yàn)證了多極板電容成像檢測(cè)技術(shù)的可行性。借助理論模型和仿真模型分析缺陷(介電常數(shù))-靜電場(chǎng)之間的關(guān)系,為后續(xù)多極板電容成像探頭性能分析與參數(shù)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。(2)多極板電容成像傳感器性能與設(shè)計(jì)參數(shù)研究利用COMSOL Multiphysics對(duì)多極板電容傳感器的信號(hào)強(qiáng)度、穿透深度、成像分辨率和靈敏度分布進(jìn)行分析研究,并探究極板面積、極板形狀、極板底襯厚度、極板間距、極板大小及屏蔽電極對(duì)傳感器性能指標(biāo)的影響,為后續(xù)傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置的開發(fā)提供依據(jù)。(3)多極板電容成像傳感器設(shè)計(jì)提出了多極板電容成像傳感器的設(shè)計(jì)原則與方法。并據(jù)此設(shè)計(jì)了兩種多極板電容成像探頭,即一種用于非金屬材料缺陷檢測(cè)的探頭和一種用于防腐層下缺陷檢測(cè)的探頭。仿真分析結(jié)果表明這兩種電容成像探頭大致符合設(shè)計(jì)要求,為下一步電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置的搭建提供了依據(jù)。(4)多極板電容成像檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)仿真模型優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體參數(shù),設(shè)計(jì)基于多極板電容成像技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)。多極板電容成像檢測(cè)系統(tǒng)主要包括多極板電容成像探頭、X-Y掃描平臺(tái)、步驟監(jiān)測(cè)控制器、信號(hào)發(fā)生器、電荷放大器、鎖相放大器、數(shù)字示波器、計(jì)算機(jī)和LabVIEW控制采集程序。重點(diǎn)開發(fā)一套非金屬材料缺陷檢測(cè)系統(tǒng)和一套防腐層下缺陷檢測(cè)系統(tǒng),分別用于檢測(cè)非金屬材料缺陷和防腐層下缺陷。
【圖文】：

理場(chǎng)[59]。用戶可以快速地建立物理仿真模型，COMSOLMultiphysics 定義仿真方便，模型尺寸、材料屬性、邊界條件及源項(xiàng)等可以為常數(shù)、任意變量的函數(shù)表達(dá)式等。除此之外，它還含有預(yù)定義的物理場(chǎng)應(yīng)用模式，用戶可以根據(jù)實(shí)際地選擇物理場(chǎng)并定義它們之間的關(guān)系；用戶也可以根據(jù)需要輸入推導(dǎo)出的偏微，，并指定它與其它方程或物理量之間的關(guān)系。COMSOL Multiphysics 分析流程圖如圖 2-6 所示。首先對(duì)實(shí)際工程問題進(jìn)行分根據(jù)分析的結(jié)果運(yùn)用 COMSOLMultiphysics 依次建立幾何模型、設(shè)置材料屬性理場(chǎng)、網(wǎng)格劃分、求解設(shè)置和后處理，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行研究判斷。如果結(jié)果符就解決了此工程問題；如果結(jié)果不符合邏輯，就要提出改進(jìn)方法，對(duì)仿真分析一個(gè)步驟或幾個(gè)步驟進(jìn)行修改，再對(duì)修改過的模型進(jìn)行結(jié)果判斷，直到得出合解決問題為止。1 建立幾何模型

如圖 2-7（a）所示；試件模型建立過程中用到的域操作有長(zhǎng)方體、圓柱分割操作有復(fù)制、移動(dòng)、拷貝和差集，如圖 2-7（b）所示；空氣層模型的域操作只有長(zhǎng)方體，具體尺寸見表 2-1；最后用組合體命令把多極板型、試件模型和空氣層模型組成一個(gè)組合體，如圖 2-7（c）所示。表 2-1 空氣層尺寸參數(shù)Table 2-1 The size of the air layer長(zhǎng)/mm 寬/mm 高/mm290 210 20料屬性表 2-2 材料參數(shù)Table 2-2 The material parameters材料 相對(duì)介電常數(shù) 相對(duì)磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率（S/m）空氣 1 1 10銅 1 1 5.9e7有機(jī)玻璃 4.2 1 1e-14樹脂復(fù)合材料 4 1 4e-3
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH878

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本文編號(hào)：2668467