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磁巴克豪森噪声信号检测煤矿巷道岩层层向受力的研究

作　者: 张炳建
导　师: 陈娟
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 巴克豪森噪声铁磁材料应力锚杆无损检测一致性多传感器数据融合
分类号: TD315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

实际应用中,对铁磁材料构件实施应力检测是很重要的安全措施。相对其它常见的无损应力检测方法,巴克豪森噪声应力检测技术是上世纪八九十年代发展起来的、较新颖独特的一种无损检测技术,可以实现对铁磁材料应力在线、瞬态、便携、非定点的检测,并可对材料的疲劳寿命、硬度、显微组织、表面状态做出分析、评价,是一种非常有发展潜力的动态无损检测技术。本论文对巴克豪森噪声信号的发生原理、噪声信号的特点做了深刻详实的剖析,对巴克豪森噪声信号和铁磁材料所受应力的对应关系做了研究和阐述,并以此做了标定试验最终制作了巴克豪森噪声应力检测系统。该系统主要包括传感器、模拟信号处理电路、数字信号处理电路以及电源电路。文中对各个部分的制作过程以及原理、依据等做了详实的分析。在隧道支护、煤矿巷道支护、边坡及基坑支护和大坝地基的工程当中,锚杆锚固技术已经被大范围的应用。锚杆是一种将拉力传到稳定的岩土体或加固岩土体的不稳定部位的锚固体系。本文将磁巴克豪森噪声法检测铁磁构件应力的应用推广于锚杆应力的检测,并运用一致性多传感器数据的融合技术对现实的煤矿巷道岩层层向受力做了研究,利用该方法能够得到巷道岩层受力的整体情况,为判定是否存在冒顶危险的可能提供了有力的依据。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-24
  1.1 本课题研究的背景和意义  16
  1.2 检测锚杆应力方式现状  16-19
    1.2.1 有损检测手段  16-17
      1.2.1.1 振弦式测力计  16-17
      1.2.1.2 机械测力计  17
    1.2.2 无损检测手段  17-19
      1.2.2.1 电阻应变式测量方法  17
      1.2.2.2 声发射技术  17-18
      1.2.2.3 超声波技术  18-19
      1.2.2.4 光弹测力计  19
  1.3 巴克豪森噪声检测技术  19-20
  1.4 巴克豪森噪声检测技术研究发展史  20-22
  1.5 本课题研究的主要内容  22-24
第二章巴克豪森噪声应力检测仪的理论基础  24-38
  2.1 磁畴理论  24-25
  2.2 磁化过程  25-31
    2.2.1 磁化曲线与磁滞回线  25-27
    2.2.2 可逆磁化过程  27-29
    2.2.3 不可逆磁化过程  29-31
      2.2.3.1 不可逆的壁移磁化  29-31
      2.2.3.2 不可逆转动磁化  31
  2.3 巴克豪森噪声信号的产生原理  31-35
  2.4 应力对巴氏噪声信号影响  35-37
  2.5 小结  37-38
第三章巴克豪森噪声应力检测仪的硬件设计  38-64
  3.1 引言  38
  3.2 巴克豪森噪声应力检测系统  38-39
  3.3 激励电路  39-43
    3.3.1 ICL8038信号发生器  39-42
    3.3.2 功率放大器  42-43
  3.4 传感器  43-49
    3.4.1 磁化器  43-46
      3.4.1.1 磁化器的工作原理  43-44
      3.4.1.2 磁化器的制作  44-46
    3.4.2 接收器  46-47
    3.4.3 前置放大器  47-49
  3.5 带通滤波电路  49-52
  3.6 主放大电路  52-53
  3.7 包络检波电路  53-54
  3.8 巴克豪森噪声数字信号处理部分  54-62
    3.8.1 A/D转换部分  55-58
    3.8.2 74LS245八位总线收发器  58-59
    3.8.3 液晶显示  59-60
    3.8.4 单片机  60-61
    3.8.5 供电电路  61-62
  3.9 系统的抗干扰设计  62-64
第四章巴克豪森噪声应力检测仪的软件设计  64-68
  4.1 引言  64
  4.2 主程序  64-65
  4.3 采样子程序  65-66
  4.4 显示子程序  66-68
第五章巴克豪森噪声应力检测仪的标定试验  68-74
  5.1 标定试验设备  68
  5.2 标定试验具体过程及其结果  68-74
    5.2.1 拉应力标定实验  68-69
    5.2.2 压应力标定实验  69-70
    5.2.3 基于最小二乘法的曲线拟合  70-74
      5.2.3.1 最小二乘法简介  70
      5.2.3.2 多项式拟合  70-74
第六章一致性多传感器数据融合的应用  74-88
  6.1 锚杆锚固技术简介  74-75
  6.2 锚杆加固理论  75-76
    6.2.1 岩石梁理论  75-76
    6.2.2 加固拱理论  76
  6.3 一致性多传感器的数据融合技术  76-85
    6.3.1 引言  76-77
    6.3.2 数据融合概述  77
    6.3.3 数据融合的原理  77-78
    6.3.4 数据融合的过程  78
    6.3.5 一致性多传感器数据融合  78-81
      6.3.5.1 一致性多传感器的数据融合概述  78-79
      6.3.5.2 一致性多传感器的数据融合推导  79-81
    6.3.6 一致性多传感器数据融合的方法应用于岩层层向受力  81-85
      6.3.6.1 方法应用的必要性  81-82
      6.3.6.2 检测数据的预处理  82
      6.3.6.3 最佳数据融合集的获取  82-83
      6.3.6.4 最佳融合数据方法  83
      6.3.6.5 数据计算及结果比较  83-85
  6.4 误差分析  85-87
    6.4.1 系统误差的处理措施  86
    6.4.2 随机误差的处理  86-87
  6.5 小结  87-88
结论与展望  88-90
参考文献  90-94
致谢  94-96
研究成果及发表的学术论文  96-98
作者和导师简介  98-99
附录  99-100

磁巴克豪森噪声信号检测煤矿巷道岩层层向受力的研究

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