基于涡流传感器的便携式无损检测器装置设计及算法研究

论文摘要

金属无损检测作为工业发展必不可少的有效方法,在一定程度上反映了一个国家的工业化水平。设计一种集信息采集、存储和处理等多项功能为一体的便携式金属无损检测器,从而扩展无损检测技术的应用空间。脉冲涡流是近几年迅速发展起来的一种无损检测新技术,其宽频谱的激励式可获得较多缺陷信息,因而成为无损检测领域中研究热点之一。本文在分析了国内外脉冲涡流无损检测技术研究现状基础上,对便携式脉冲涡流检测装置进行了创新改进,并利用基于时频分析数据处理方法对结果进行分析。主要工作如下：首先本文简要介绍了涡流检测原理,趋肤深度等基本概念,由此引入脉冲涡流检测技术原理,并以管道为例,利用ANSYS软件进行脉冲涡流检测三维有限元仿真,对影响涡流传感器的各个因素进行仿真,由仿真结果得出：线圈尺寸、脉冲频率、占空比及电压大小对脉冲涡流检测效果有着不同的影响,为后文装置设计和算法分析奠定了基础。然后,本着微型化,节能化,精确化的原则,本文设计了一个完整的、新型的脉冲涡流检测数据收集装置。对以往的传感器数据采集装置改进之处在于,本装置的总体结构是采用MSP430系列芯片组成了多处理器结构；其中,各模块之间通过I2C总线相连接,采用的传感器类型是同轴三线圈涡流检测器,AD采样利用的是片内资源。从而使得装置具有省电、体积小、稳定性高以及测量距离远等优点,提升了装置的实用性。最后,本文在分析了多种时频分析方法的特点之后,采用伪Wigner-Ville 分布 （Pseudo Wigner-Ville Distribution, PWVD）以及平滑的伪Wigner-Ville分布（Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution, SPWVD）方法对脉冲涡流检测数据进行理论上的缺陷分析,并综合这两种方法设计了一个完整的脉冲涡流缺陷识别和分类的具体工程方法。总之,本文设计了一个便携式脉冲涡流无损检测数据收集以及处理的总体系统,在工程应用中具有很强的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无损检测的背景及意义
• 1.2 涡流传感检测技术的发展
• 1.2.1 涡流检测技术的发展过程
• 1.2.2 涡流检测技术及其应用
• 1.3 本文的主要工作和结构安排
• 第2章 便携式涡流传感器装置技术研究及总体设计
• 2.1 涡流检测的原理以及重要概念
• 2.1.1 涡流检测工作原理
• 2.1.2 涡流传感器的基本概念
• 2.2 涡流检测装置设计需求分析
• 2.2.1 装置总体分析
• 2.2.2 总体结构需求
• 2.2.3 微型处理器的需求分析
• 2.2.4 涡流传感器的设计需求
• 2.3 系统总体结构方案设计
• 第3章 脉冲涡流在缺陷检测中的适用分析
• 3.1 脉冲涡流在检测中的适用性
• 3.1.1 脉冲驱动的趋肤深度
• 3.1.2 对于激励脉冲进行频谱分析
• 3.1.3 脉冲涡流响应信号分析
• 3.2 脉冲涡流检测用ANSYS仿真
• 3.2.1 利用有限元法分析的一般过程
• 3.2.2 ANSYS对脉冲涡流仿真过程
• 3.3 脉冲涡流检测系统影响因素分析
• 3.3.1 激励线圈尺寸对检测结果的影响
• 3.3.2 激励脉冲频率对检测结果的影响
• 3.3.3 激励脉冲占空比对检测结果的影响
• 3.3.4 激励脉冲电压的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于涡流传感器便携式检测装置设计与实现
• 4.1 系统总体结构
• 4.2 硬件结构
• 4.3 系统的硬件电路
• 4.3.1 涡流传感器处理电路
• 4.3.2 装置中央芯片电路
• 4.3.3 电源电路
• 4.4 涡流传感器设计
• 4.5 软件设计
• 4.5.1 各模块软件结构
• 2C总线通信'>4.5.2 I²C总线通信
• 4.6 本章小结
• 第5章 时频分析在无损检测中的应用
• 5.1 时频分析方法选择
• 5.1.1 线性时频算法
• 5.1.2 二次型时频算法
• 5.2 基于时频分析的脉冲涡流处理
• 5.2.1 PWVD和SPWVD对比分析
• 5.2.2 腐蚀缺陷时对比分析
• 5.2.3 裂纹缺陷对比分析
• 5.2.4 复合缺陷对比分析
• 5.3 无损检测中的时频分析
• 5.4 时频分析结果后续处理
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 文章总结
• 6.2 展望与不足
• 参考文献
• 致谢
• 附录