本文關(guān)鍵詞：基于Terfenol-D的管道超聲導(dǎo)波激勵(lì)換能器的研制

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,管道運(yùn)輸正起到越來(lái)越重要的作用。然而由于現(xiàn)役管道往往服役了較長(zhǎng)時(shí)間且處于野外,這導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重且難以監(jiān)管,管道缺陷逐漸成為一個(gè)需要重視的問(wèn)題。傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)大多是采用單點(diǎn)檢測(cè),其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率很低。而超聲導(dǎo)波檢測(cè)是通過(guò)在管道中激勵(lì)出導(dǎo)波來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的,當(dāng)傳播的導(dǎo)波遇到缺陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生波包,通過(guò)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),可以獲得數(shù)十米的管道上的缺陷信息。在超聲導(dǎo)波檢測(cè)中,激勵(lì)換能器的性能限制了檢測(cè)的距離。目前,常用于管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的激勵(lì)換能器是以PZT材料為敏感元件,但由于該材料的機(jī)電耦合系數(shù)較低,能量轉(zhuǎn)換效率較差,這限制了對(duì)管道一次檢測(cè)的距離。而與PZT相比,超磁致伸縮材料Terfenol-D具有較高的磁致伸縮系數(shù)和能量轉(zhuǎn)化效率,且由于是通過(guò)線圈激勵(lì),所需的負(fù)載電壓較小。目前,較少有關(guān)于將超磁致伸縮材料用于管道導(dǎo)波換能器開發(fā)的報(bào)道。因此,本文將致力于研究高性能的基于Terfenol-D材料的管道超聲導(dǎo)波激勵(lì)換能器。(1)對(duì)超聲導(dǎo)波的理論和超磁致伸縮材料的振動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究,為換能器的設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。(2)對(duì)基于超磁致伸縮材料Terfenol-D的管道超聲導(dǎo)波激勵(lì)換能器進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)Terfenol-D的尺寸、偏置磁場(chǎng)、線圈幾何參數(shù)和夾具等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的激勵(lì)換能器。(3)建立包含了軟、硬件的檢測(cè)系統(tǒng),通過(guò)系統(tǒng)來(lái)激勵(lì)、放大、接收超聲導(dǎo)波并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行后期處理。通過(guò)對(duì)管道回波特性的提取來(lái)定位缺陷。目前所研制的超聲導(dǎo)波激勵(lì)換能器采用上表面部分耦合的激勵(lì)方式,以三片?8mm×1mm釹鐵硼永磁鐵提供偏置磁場(chǎng),以0.2mm漆包線繞制長(zhǎng)度為13mm,匝數(shù)為150匝的線圈提供交變磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,新型的超聲導(dǎo)波換能器對(duì)各焊縫和端面回波的幅值是PZT材料的2.8倍以上,其能量較高可檢測(cè)更遠(yuǎn)的距離;對(duì)缺陷位置的檢測(cè)誤差小于0.04mm,基本滿足缺陷定位的精度要求。
【關(guān)鍵詞】：導(dǎo)波 Terfenol-D 無(wú)損檢測(cè) 激勵(lì)換能器 缺陷
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH878.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 論文研究的目的和意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外導(dǎo)波研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國(guó)外導(dǎo)波研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)導(dǎo)波研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 超磁致伸縮材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 國(guó)外超磁致伸縮材料的研究現(xiàn)狀14
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)超磁致伸縮材料的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本課題來(lái)源及研究?jī)?nèi)容16-17
• 第二章 超聲導(dǎo)波基本理論17-28
• 2.1 超聲導(dǎo)波的概念17-18
• 2.2 導(dǎo)波的群速度和相速度18-19
• 2.3 導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散現(xiàn)象19-21
• 2.4 圓管中的導(dǎo)波21-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 超磁致伸縮材料振動(dòng)機(jī)理28-37
• 3.1 磁致伸縮效應(yīng)28
• 3.2 超磁致伸縮材料的性能特點(diǎn)28-30
• 3.3 超磁致伸縮材料的工作特性30-35
• 3.3.1 磁機(jī)耦合特性30-32
• 3.3.2 倍頻特性32-33
• 3.3.3 磁滯損耗與渦流損耗33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 導(dǎo)波激勵(lì)換能器的總體設(shè)計(jì)37-56
• 4.1Terfenol-D材料尺寸設(shè)計(jì)37-42
• 4.1.1 導(dǎo)波模態(tài)與激勵(lì)頻率選取37-39
• 4.1.2 Terfenol-D材料尺寸設(shè)計(jì)39-40
• 4.1.3 Terfenol-D材料尺寸的實(shí)驗(yàn)測(cè)試40-42
• 4.2 偏置磁場(chǎng)42-47
• 4.2.1 永磁鐵的選取43-44
• 4.2.2 偏置磁場(chǎng)的設(shè)置44-45
• 4.2.3 偏置磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)波影響的實(shí)驗(yàn)測(cè)試45-47
• 4.3 交變磁場(chǎng)47-51
• 4.3.1 交變線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)47-48
• 4.3.2 交變磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試48-51
• 4.4 夾具設(shè)計(jì)51-55
• 4.4.1 耦合方式的設(shè)計(jì)51-53
• 4.4.2 夾具的設(shè)計(jì)53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 導(dǎo)波管道缺陷檢測(cè)系統(tǒng)56-73
• 5.1 導(dǎo)波管道缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的總體過(guò)程56-57
• 5.2 激勵(lì)信號(hào)的選取與傳遞57-59
• 5.2.1 激勵(lì)信號(hào)的選取57-59
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象59
• 5.3 信號(hào)的接收放大與采集59-65
• 5.3.1 壓電效應(yīng)與振動(dòng)原理60-61
• 5.3.2 接收傳感器材料選取61-62
• 5.3.3 壓電接收換能器的制作和布局62-64
• 5.3.4 信號(hào)放大與采集64-65
• 5.4 軟件處理65-72
• 5.4.1 傅立葉變換及其Matlab實(shí)現(xiàn)65-67
• 5.4.2 小波降噪67-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和結(jié)論73-80
• 6.1 缺陷位置計(jì)算方法73-74
• 6.2 超聲導(dǎo)波激勵(lì)換能器的比較74-77
• 6.3 缺陷定位精度77-78
• 6.4 Terfenol-D激勵(lì)與PZT材料激勵(lì)的比較78-79
• 6.5 本章小結(jié)79-80
• 總結(jié)與展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它科研成果87

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7 何存富;黃W，

本文編號(hào)：876960