用于高溫管道測(cè)厚的脈沖電磁鐵電磁超聲換能器研究.pdf

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1、碩士學(xué)位論文用于高溫管道測(cè)厚的脈沖電磁鐵電磁超聲換能器研究DESIGNOFPULSEDELECTROMAGNETEMATUSINGFORHIGHTEMPERATUREPIPELINETHICKNESSGAUGING邱佳明哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào):TB553學(xué)校代碼:10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào):621.3密級(jí):公開(kāi)全日制工程碩士學(xué)位論文用于高溫管道測(cè)厚的脈沖電磁鐵電磁超聲換能器研究碩士研究生:邱佳明導(dǎo)師:王淑娟教授申請(qǐng)學(xué)位:工程碩士學(xué)科:電氣工程所在單位:電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院答辯日期:2018年6月授予學(xué)位單

2、位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TB553U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFPULSEDELECTROMAGNETEMATUSINGFORHIGHTEMPERATUREPIPELINETHICKNESSGAUGINGCandidate:QiuJiamingSupervisor:Prof.WangShujuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:

3、ElectricalEngineeringAffiliation:SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence:June,2018DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要長(zhǎng)期工作于高溫環(huán)境的工業(yè)金屬管道難免產(chǎn)生腐蝕缺陷,嚴(yán)重威脅運(yùn)輸安全,在不停產(chǎn)、不損傷管道的前提下,國(guó)內(nèi)外普遍采用測(cè)量管道壁厚的方式對(duì)腐蝕缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位。壓電超聲技術(shù)在管道測(cè)厚領(lǐng)域應(yīng)用廣

4、泛,但對(duì)于耦合劑的依賴(lài)使其較難應(yīng)用于高溫環(huán)境。而電磁超聲技術(shù)無(wú)需耦合劑,操作過(guò)程安全便捷。但電磁超聲換能器中的永磁鐵部分應(yīng)用于高溫測(cè)厚時(shí)存在磁場(chǎng)變?nèi)?、移?dòng)困難等問(wèn)題,導(dǎo)致檢測(cè)效率較低。針對(duì)以上問(wèn)題,本文提出利用脈沖電磁鐵替代永磁鐵的方法,設(shè)計(jì)了一種脈沖電磁鐵電磁超聲換能器(PulsedElectromagnetEMAT,PE-EMAT)。在深入研究國(guó)內(nèi)外PE-EMAT設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,依據(jù)實(shí)際高溫測(cè)厚環(huán)境對(duì)換能器耐高溫性、可移動(dòng)性等能力的需求,提出PE-EMAT總體設(shè)計(jì)方案,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高溫管道厚度的檢測(cè)。針對(duì)高溫測(cè)厚過(guò)程中

5、PE-EMAT工作機(jī)理復(fù)雜、分析難度大等問(wèn)題,分別對(duì)PE-EMAT磁場(chǎng)和聲場(chǎng)工作過(guò)程進(jìn)行分析,建立高溫PE-EMAT仿真模型。仿真結(jié)果表明:隨著溫度的升高,磁場(chǎng)峰值強(qiáng)度、建立時(shí)間等磁場(chǎng)指標(biāo)變化較大;聲束擴(kuò)散角、橫波最大振幅等聲場(chǎng)指標(biāo)變化微小。針對(duì)PE-EMAT參數(shù)多、設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題,提出PE-EMAT參數(shù)選取及設(shè)計(jì)方法。將EMAT線(xiàn)圈選取為蝶形線(xiàn)圈結(jié)構(gòu),將脈沖電磁鐵選取為含鐵芯結(jié)構(gòu)。并以仿真模型為基礎(chǔ),利用正交試驗(yàn)將EMAT線(xiàn)圈及脈沖電磁鐵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,明顯提升了PE-EMAT高溫測(cè)厚性能。設(shè)計(jì)了高溫管道測(cè)厚系統(tǒng),實(shí)

6、現(xiàn)了對(duì)高溫管道厚度的檢測(cè)。測(cè)厚系統(tǒng)由脈沖電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊、EMAT發(fā)射接收模塊、CPLD及ARM控制模塊和電源管理模塊組成。以Q235型鋼管試塊作為測(cè)試對(duì)象,搭建了高溫管道測(cè)厚實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了高溫PE-EMAT磁場(chǎng)和聲場(chǎng)模型的正確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的PE-EMAT在高溫下磁場(chǎng)較強(qiáng)、在管道表面不吸附,能夠?qū)?00°C高溫管道的厚度進(jìn)行有效檢測(cè)。關(guān)鍵詞:高溫管道測(cè)厚;電磁超聲技術(shù);脈沖電磁鐵;仿真建模-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractThecorrosiondefectsofmetalpipelinecau

7、sedbyalong-termoperationunderhightemperature,seriouslythreatthetransportationsecurity.Intheconditionofnotbringdamagetothepipeline,themethodofmonitoringthecorrosiondefectsbygaugingthicknessofthepipelineiswidelyused.Thepiezoelectricultrasonictechnologyiswidelyusedin

8、thefieldofpipelinethicknessgauging,butitsdependenceoncouplingagentmakesitdifficulttoapplyinhightemperatureenvironment.Theelectromagneticultrasonictechno

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