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涡流探伤在铁路设施裂纹检测中的研究与应用

作　者: 程松波
导　师: 郭顺生
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 无损检测涡流检测裂纹缺陷数据采集信号处理
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 380次
引　用: 4次
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内容摘要

铁路运输对国民经济的发展有着重要的意义。在大力提高铁路运输能力,加快铁路速度的同时,必须保障铁路运输安全运行。疲劳裂纹、焊缝缺陷是铁路设施部件多发的故障之一,应采用先进的技术手段对其进行高效而可靠的检测,实现潜在事故的早期预报,做到防患于未然。涡流检测作为五大常规无损检测方法之一,与其它几种方法相比,它具有容易实施,检测速度快,对表面及近表面缺陷非常敏感,无需除去表面涂层,因此特别适合于处于恶劣工作环境下设施的检测。针对铁路上疲劳裂纹等问题,本文深入地研究了用电涡流方法实现对表面裂纹的检测。论文首先分析了裂纹检测的几种方案,结合铁道设施结构特点、运营环境,对这几种方案进行了对比,从而确定了采用便携式涡流检测仪进行探伤。接着介绍了涡流检测原理,基于电磁场理论推导了相关的重要公式。阐述了阻抗分析法,并用其分析了影响检测线圈阻抗变化的几个因素。推导了放置式探头线圈的特征频率,为检测频率的选择提供了参考。在传感器设计中,本文在分析和借鉴现有一些性能较好的探头所采用的结构形式的基础上,通过实验反复修正,得到一种高性能的传感器。并通过大量实验分析确定了各因素对传感器一些性能的影响,为探头线圈尺寸提供了优化。最后采用正交试验设计方法选定了各参数的合理组合,完成了传感器的总体设计。在硬件设计方面:为了提高灵敏度,通过数学推导设计传感器信号变换电路中的各个参数,并给出了各参数的求取公式,并给出了检测系统激励源、信号调理、单片机系统、显示报警等模块的硬件设计。在软件设计方面:采用模块化软件设计方法,分析了每一个模块的程序流程图,并进行了软件设计。涡流检测探伤测试仪经过实际应用检验,达到了预期的目标。本文最后对全文的工作进行了总结,并对今后的有关研究工作进行了展望。

全文目录

第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景及意义  9
  1.2 无损检测技术  9-12
  1.3 涡流检测技术国内外发展现状  12-14
    1.3.1 涡流检测的研究现状  12-14
    1.3.2 涡流检测的发展方向与未来展望  14
  1.4 本文的主要工作及课题支撑  14-16
第二章涡流检测理论基础  16-26
  2.1 涡流检测基本原理  16-17
  2.2 集肤效应  17-18
  2.3 涡流阻抗分析法  18-22
    2.3.1.线圈自身的阻抗  18-19
    2.3.2 耦合线圈的阻抗  19-21
    2.3.3 阻抗的归一化  21-22
  2.4 探头工作频率与特征频率  22-24
    2.4.1 工作频率与灵敏度、渗透深度  22
    2.4.2 探头工作频率的确定  22-24
  2.5 边缘效应  24-25
  2.6 提离效应  25
  2.7 本章小结  25-26
第三章探头的设计与制作  26-39
  3.1 涡流传感器设计方法  26-28
  3.2 传感器所采用的结构形式  28-30
  3.3 探头参数、性能研究  30-33
    3.3.1 线圈尺寸选取原则  30-31
    3.3.2 线圈匝数与线圈的电感量  31
    3.3.3 激励线圈与测量线圈正交偏角a  31-32
    3.3.4 激励线圈与测量线圈的间距H  32-33
  3.4 传感器各参数的确定  33-37
    3.4.1 正交试验设计所解决的试验问题  33-35
    3.4.2 正交试验设计的试验安排  35-37
  3.5 探头扫查方式  37-38
  3.6 其它参数  38
  3.7 本章小节  38-39
第四章涡流检测系统硬件设计  39-50
  4.1 检测系统总体框图  39-40
  4.2 激励源电路  40-41
  4.3 前置放大与信号检出电路  41-43
    4.3.1 前置滤波放大电路  41-42
    4.3.2 信号分选电路峰值运算电路  42-43
  4.4 单片机系统  43-46
    4.4.1 数据采集A／D转换器  43-44
    4.4.2 模拟信号输出  44-45
    4.4.3 键盘电路  45-46
  4.5 缺陷大小指示设计  46-47
  4.6 报警电路  47-48
  4.7 系统硬件抗干扰设计  48-49
    4.7.1 干扰来源  48-49
    4.7.2 抗干扰措施  49
  4.8 本章小节  49-50
第五章涡流检测系统软件设计  50-61
  5.1 软件设计基本原则  50-51
  5.2 软件功能的分析和设计  51-52
  5.3 部分软件模块设计  52-59
    5.3.1 系统主程序模块  52
    5.3.2 系统自检  52-54
    5.3.3 定时器中断子程序  54
    5.3.4 按键程序  54-55
    5.3.5 数据采集模块  55-57
    5.3.6 模拟信号输出模块  57-58
    5.3.7 蜂鸣器驱动子程序  58-59
  5.4 软件抗干扰设计  59-60
  5.5 本章小节  60-61
第六章探伤实例与系统特点  61-63
  6.1 成果展示  61
  6.2 探伤实例  61-62
  6.3 系统特点  62-63
第七章总结与展望  63-65
  7.1 全文总结  63
  7.2 研究展望  63-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文  68

涡流探伤在铁路设施裂纹检测中的研究与应用

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