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电磁-热-声多物理场融合无损检测技术研究

2020-12-02阅读(801)

电磁-热-声多物理场融合无损检测技术研究

论文摘要

无损检测和状态评估技术在现代工业中具有重要地位,常规检测方法以及红外热成像等新的检测方法多数是基于单一物理场进行检测。基于热声效应的相关检测方法在生物医学领域应用广泛,然而用于金属无损检测的报道很少。涡流热成像本身包含了涡流和热声效应,现有文献通常是对某一检测方法进行深入研究。本文研究了基于电磁感应加热的涡流热声检测方法和电磁-热-声多物理场融合检测方法。在融合检测机理研究的基础上,进行了有限元仿真和实验研究。首先,本文简要介绍了材料微观变化对宏观物理特性影响,分析了融合电磁学、热学和声学特性用于检测的可行性。研究了多物理场耦合的涡流热声检测方法,并将其与涡流检测和红外热成像检测进行融合,形成电磁-热-声多物理场融合检测方法。研究了各物理场检测方法在物理过程和信号特征层面的融合原理,分析了各场检测的影响因素,详细阐述了应力与电导率、电导率与检测结果之间的关系。研究了各物理场信号的常用特征提取方法和特征融合方法。其次,使用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对电磁-热-声融合进行了三维仿真研究,分析了电磁场、温度场和声场在时变情况下的分布情况。验证了电磁能量到热能、热能到声能转换的可行性,即验证了基于电磁感应的涡流热声检测方法的可行性。研究了试件相对磁导率、热导率和电导率对各场仿真信号的影响。开发了仿真应用程序,并将其用于后续开发的检测系统中。再次,搭建了电磁-热-声融合检测平台,介绍了实验硬件系统选型和软件系统设计。软件系统使用C#、MATLAB与Measurement Studio混合编程,并嵌入红外热图像采集软件和仿真应用程序,可以实现仿真研究、各物理场信号采集、数据处理与融合和文件管理等功能。最后,使用搭建的实验系统对一组具有塑性变形的拉伸试样进行了实验。实验发现,涡流检测受传感器位置影响较大,红外和热声检测的效果较好,使用特征融合之后的效果可以得到进一步提高。实验结果与理论和仿真分析具有很好的一致性,验证了电磁-热-声融合检测方法的可行性。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  •   1.1 课题研究背景与意义
  •   1.2 相关无损检测技术研究现状
  •     1.2.1 电涡流无损检测技术发展及其应用
  •     1.2.2 涡流热成像技术理论发展及其应用
  •     1.2.3 热声技术理论发展及其应用
  •   1.3 本文主要创新之处
  •   1.4 本文的主要研究内容及结构安排
  • 2 电磁-热-声多物理场融合检测技术理论研究
  •   2.1 无损检测技术概述
  •   2.2 电磁-热-声多物理场融合检测原理
  •     2.2.1 电涡流无损检测技术
  •     2.2.2 涡流热成像无损检测技术
  •     2.2.3 热声无损检测技术
  •     2.2.4 多场融合检测原理
  •   2.3 信号特征提取与融合
  •     2.3.1 信号的预处理
  •     2.3.2 多场信号特征提取
  •     2.3.3 特征融合
  •   2.4 本章小结
  • 3 多场融合有限元仿真研究
  •   3.1 COMSOL软件简介
  •   3.2 电磁-热-声仿真过程
  •     3.2.1 几何模型构建
  •     3.2.2 材料添加与物理场设置
  •     3.2.3 网格划分
  •     3.2.4 求解设置与后处理
  •     3.2.5 仿真应用程序设计
  •   3.3 仿真结果
  •     3.3.1 电磁场仿真结果
  •     3.3.2 传热场仿真结果
  •     3.3.3 声场仿真结果
  •     3.3.4 仿真信号特征融合
  •   3.4 本章小结
  • 4 检测系统设计
  •   4.1 电磁-热-声无损检测硬件系统
  •     4.1.1 电磁-热-声无损检测系统原理
  •     4.1.2 传感器选型与设计
  •     4.1.3 数据采集卡的选型
  •     4.1.4 激励电源
  •   4.2 电磁-热-声无损检测系统软件设计
  •     4.2.1 C#、MATLAB与 Measurement Studio联合编程
  •     4.2.2 检测系统软件框架
  •     4.2.3 重要模块设计与介绍
  •   4.3 本章小结
  • 5 实验与分析
  •   5.1 检测试样与实验系统
  •     5.1.1 试样介绍
  •     5.1.2 实验介绍
  •   5.2 实验结果分析
  •     5.2.1 涡流检测结果
  •     5.2.2 热成像结果分析
  •     5.2.3 热声信号结果分析
  •     5.2.4 特征融合
  •   5.3 本章小结
  • 6 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 未来研究方向展望
  • 参考文献
  • 附录
  •   A.作者在攻读硕士学位期间发表论文
  •   B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
  •   C.学位论文数据集
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 邓爱鑫

    导师: 尹爱军

    关键词: 涡流热声,多场耦合,无损检测,仿真

    来源: 重庆大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,材料科学

    单位: 重庆大学

    分类号: TB302.5;O441

    DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.002825

    总页数: 84

    文件大小: 5527k

    下载量: 50

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