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平面涡流传感器关键技术研究

作　者: 赵建强
导　师: 翁飞兵
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 平面涡流传感器 数学模型 有限元 电导率 提离
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


装备部件表面的裂纹、疲劳损伤会改变部件的表面电导率,平面涡流传感器可以准确测量表面电导率,根据测量结果可以评估表面损伤程度。研究平面涡流传感器关键技术,对装备关键部件的无损检测具有重要意义。国内对平面涡流传感器尚未研究,本文在分析国外平面涡流传感器研究动态的基础上,对其关键技术展开了探索性研究。论文主要工作如下:研究了传感器建模技术。从麦克斯韦方程组出发利用配点法和傅里叶级数分解理论建立了传感器的数学模型,传感器具有周期性的结构,通过数学模型可准确计算传感器转移阻抗。同时建立了传感器的有限元模型,求解有限元模型同样可以得到传感器转移阻抗。根据有限元模型分析了平面涡流传感器的敏感方向,并改进了传感器设计。研究了测量网格的生成和使用技术。计算传感器在一定的物理属性和提离范围内传感器的响应,并存储为数据库,表示为二维网格的形式。二维网格数据库描述了传感器响应与被测对象属性和提离之间的非线性映射关系。同时,研究了网格搜索插值算法,可以快速求解出特定传感器响应所对应的物理属性和提离。研究了传感器响应的校准技术。为了使得实际测量得到的传感器响应可以在响应数据库中查询,需要对实际的响应进行校准。研究了三类校准方法,包括空气点校准法、空气点-短路校准法和最小均方误差校准法。最后进行两部分实验,包括单点测量铝板表面的电导率、提离和铝板表面损伤的扫描成像,实验验证了文中对平面涡流传感器的研究结果。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 平面涡流传感器研究意义  11-12
    1.1.1 课题的来源  11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 平面涡流传感器研究现状  12-18
    1.2.1 平面涡流传感器结构和原理  12-14
    1.2.2 研究现状  14-18
  1.3 平面涡流传感器关键技术  18-19
  1.4 论文的主要内容和结构安排  19-20
第二章 平面涡流传感器数学模型  20-30
  2.1 平面涡流传感器结构  20-21
  2.2 磁场约束方程及边界条件  21-27
    2.2.1 磁场扩散方程  22-24
    2.2.2 磁矢位的离散化  24-25
    2.2.3 磁矢位的傅里叶分解  25-26
    2.2.4 边界条件  26-27
  2.3 方程组及其解  27-29
    2.3.1 构建方程组  27-28
    2.3.2 求解转移阻抗  28
    2.3.3 解的收敛性  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 平面涡流传感器仿真研究  30-42
  3.1 有限元方法的基本描述  30-31
  3.2 二维仿真研究  31-35
    3.2.1 二维有限元模型  31-34
    3.2.2 传感器阻抗特性  34-35
  3.3 三维仿真研究  35-40
    3.3.1 传感器敏感方向  35-38
    3.3.2 传感器端部效应  38-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 测量网格研究  42-56
  4.1 网格的基本概念  42-47
    4.1.1 网格的物理意义  42-43
    4.1.2 网格类型与特征  43-44
    4.1.3 网格的选用原则  44-47
  4.2 搜索插值算法  47-52
  4.3 传感器校准  52-55
    4.3.1 等效电路  52-53
    4.3.2 校准方法  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章 平面涡流传感器实验研究  56-67
  5.1 单点提离电导率测量  56-63
    5.1.1 实验设备和实验步骤  56-57
    5.1.2 实验结果与分析  57-62
    5.1.3 实验结论  62-63
  5.2 提离和电导率的扫描成像  63-66
    5.2.1 实验步骤  63
    5.2.2 实验结果分析  63-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 总结与展望  67-70
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
作者在学期间取得的学术成果  73-74
附录A 计算转移阻抗的MATLAB源代码  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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