發(fā)布時(shí)間：2017-08-12 03:00

  本文關(guān)鍵詞：米字梁聲檢波器設(shè)計(jì)及在管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記中的應(yīng)用研究

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【摘要】：管道運(yùn)輸以其密閉、安全、不間斷、成本低廉等優(yōu)勢成為世界范圍內(nèi)油氣資源運(yùn)輸?shù)闹饕绞�。在管道運(yùn)行過程中管道壁被腐蝕引起的管道泄漏是各類管道事故的主要誘因,管道內(nèi)檢測器在線監(jiān)測技術(shù)是目前使用最為廣泛的管道壁腐蝕檢測手段。管道內(nèi)檢測器作業(yè)時(shí)通過對自身行進(jìn)距離的測量建立距離和缺陷信息的對應(yīng)關(guān)系,為管道維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。內(nèi)檢測器對其運(yùn)行距離的測量誤差會(huì)隨著管道長度的增加而不斷累積,最終將使得對管道壁缺陷的定位失去實(shí)際意義。因此對管道進(jìn)行內(nèi)檢測時(shí),通常采用地面標(biāo)記技術(shù)每隔一段距離對內(nèi)檢測器的位置信息進(jìn)行一次重新標(biāo)記,修正內(nèi)檢測器的距離測量結(jié)果,確保對管壁缺陷信息的定位精度。針對內(nèi)檢測器地面標(biāo)記的工程需求,本文研究設(shè)計(jì)了一種利用聲學(xué)原理進(jìn)行地面標(biāo)記的米字梁多軸聲檢波器,該檢波器結(jié)合仿生原理和壓阻效應(yīng)采用MEMS工藝設(shè)計(jì)而成。論文在研究內(nèi)檢測器運(yùn)行過程中發(fā)聲來源和土介質(zhì)中聲波的傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上,圍繞米字梁檢波器的設(shè)計(jì),重點(diǎn)介紹了米字梁檢波器的仿生機(jī)理和拾振原理,對建立的米字梁微結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了有限元仿真,確定了微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和微加工工藝流程;設(shè)計(jì)了包括電源模塊、前置放大電路和濾波電路的信號調(diào)理電路,并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封裝,制作完成了米字梁聲檢波器的模型樣機(jī)。在實(shí)驗(yàn)室對米字梁檢波器的靈敏度和指向性進(jìn)行了振動(dòng)臺測試,測試結(jié)果表明該檢波器靈敏度約為60mV/g,同時(shí)具有良好的8字余弦指向性。在完成米字梁檢波器實(shí)驗(yàn)室性能測試后,針對地面標(biāo)記的具體應(yīng)用環(huán)境對米字梁檢波器在土介質(zhì)中的聲信號獲取能力和定向能力又進(jìn)行了實(shí)地測試。測試過程中為了增加檢波器和土介質(zhì)的耦合程度,提出了一種三尾椎耦合架裝置,試驗(yàn)結(jié)果表明該耦合裝置可以有效提高檢波器在土介質(zhì)中采集信號的靈敏度和信噪比,檢波器的聲源定向誤差因此減小2°。針對米字梁聲檢波器一個(gè)結(jié)構(gòu)、多路輸出的特點(diǎn),本文研究了一種利用正交兩路輸出信號比值確定內(nèi)檢測器經(jīng)過標(biāo)記點(diǎn)時(shí)間以及通過雙坐標(biāo)對半平面內(nèi)聲源進(jìn)行方位估計(jì)的新思路。本文最后搭建管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記的模擬試驗(yàn)裝置對設(shè)計(jì)的檢波器結(jié)構(gòu)以及提出的標(biāo)記思路進(jìn)行了綜合驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明對內(nèi)檢測器經(jīng)過標(biāo)記點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)記誤差可以控制在工程要求的1s范圍內(nèi),對內(nèi)檢測器卡堵后的聲源定向誤差不超過4°,滿足地面標(biāo)記的工程需求。采用米字梁多軸聲檢波器對管道內(nèi)檢測器進(jìn)行地面標(biāo)記系統(tǒng)簡單、方案可行,應(yīng)用前景廣闊。進(jìn)一步增強(qiáng)檢波器對不同結(jié)構(gòu)土介質(zhì)的環(huán)境適用性以及積極探索在軍事無人值守系統(tǒng)、民用博物館防盜預(yù)警系統(tǒng)等方面的工程化應(yīng)用和推廣是下一步的研究重點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)檢測器 檢波器 米字梁 地面標(biāo)記 定向
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH878
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 選題背景及意義13-15
• 1.2 管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 地面標(biāo)記技術(shù)國外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 地面標(biāo)記技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 基于聲學(xué)傳感器的地面標(biāo)記技術(shù)19-24
• 1.3.1 聲學(xué)原理地面標(biāo)記技術(shù)起源20-21
• 1.3.2 聲學(xué)原理地面標(biāo)記傳感技術(shù)現(xiàn)狀21-24
• 1.4 本文研究內(nèi)容24-27
• 第2章 管道內(nèi)檢測器聲信號地面標(biāo)記原理27-35
• 2.1 管道內(nèi)檢測器聲信號來源27-28
• 2.2 管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記聲學(xué)原理28-30
• 2.2.1 內(nèi)檢測器摩擦聲信號地面標(biāo)記原理28-29
• 2.2.2 內(nèi)檢測器焊縫撞擊聲信號地面標(biāo)記原理29-30
• 2.3 土介質(zhì)中的聲波傳播理論30-34
• 2.3.1 土介質(zhì)中聲波的傳播方式30-32
• 2.3.2 土介質(zhì)中聲波的衰減32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第3章 米字梁多軸聲檢波器工作模型35-48
• 3.1 米字梁多軸聲檢波器工作原理35-37
• 3.1.1 壓阻效應(yīng)35-36
• 3.1.2 仿生機(jī)理36-37
• 3.2 米字梁多軸聲檢波器力學(xué)模型及拾振原理37-42
• 3.3 米字梁聲檢波器微結(jié)構(gòu)確立42-47
• 3.3.1 MEMS十字梁矢量聲傳感器42-43
• 3.3.2 面向地面標(biāo)記應(yīng)用的十字梁矢量聲傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化43-46
• 3.3.3 米字梁多軸聲檢波器結(jié)構(gòu)46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 米字梁多軸聲檢波器分析與設(shè)計(jì)48-70
• 4.1 米字梁多軸聲檢波器設(shè)計(jì)48-63
• 4.1.1 米字梁多軸聲檢波器微結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型分析48-51
• 4.1.2 米字梁敏感微結(jié)構(gòu)尺寸確定51
• 4.1.3 米字梁多軸聲檢波器有限元仿真51-55
• 4.1.4 壓敏電阻設(shè)計(jì)55-56
• 4.1.5 米字梁微結(jié)構(gòu)加工工藝56-63
• 4.2 米字梁多軸聲檢波器信號測量及調(diào)理電路設(shè)計(jì)63-65
• 4.3 米字梁多軸聲檢波器性能測試65-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 米字梁多軸聲檢波器實(shí)地測試及標(biāo)記方法研究70-90
• 5.1 米字梁多軸聲檢波器現(xiàn)場性能測試70-84
• 5.1.1 米字梁多軸聲檢波器土介質(zhì)中接收信號能力測試70-80
• 5.1.2 米字梁多軸聲檢波器和土壤的三尾椎耦合架設(shè)計(jì)80-84
• 5.2 米字梁多軸聲檢波器地面標(biāo)記方法研究84-86
• 5.3 內(nèi)檢測器卡堵后的跟蹤定位原理86-88
• 5.4 本章小結(jié)88-90
• 第6章 米字梁聲檢波器在管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記中的應(yīng)用研究90-102
• 6.1 內(nèi)檢測器地面標(biāo)記模擬試驗(yàn)90-98
• 6.1.1 模擬試驗(yàn)裝置90-92
• 6.1.2 EMD分解的基本原理92-93
• 6.1.3 EMD相關(guān)度去噪方法93-95
• 6.1.4 米字梁聲檢波器地面標(biāo)記試驗(yàn)95-98
• 6.2 內(nèi)檢測器地面跟蹤模擬試驗(yàn)98-101
• 6.3 本章小結(jié)101-102
• 第7章 結(jié)論與展望102-105
• 7.1 主要研究工作102-103
• 7.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)103
• 7.3 工作展望103-105
• 參考文獻(xiàn)105-114
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果114-116
• 致謝116

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2 景洪;微帶檢波器研究與設(shè)計(jì)[D];桂林電子科技大學(xué);2011年

3 童聲群;基于FPGA的動(dòng)圈檢波器參數(shù)測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

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本文編號：659419