基于多個轉(zhuǎn)換波形的非介入式壓力檢測方法研究.pdf

1、壓力容器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)量巨大。它作為特種承壓設(shè)備往往承載著易燃易爆、劇毒或腐蝕介質(zhì)。壓力容器一旦發(fā)生事故，容易導(dǎo)致火災(zāi)、中毒、污染等災(zāi)難發(fā)生，嚴(yán)重破壞國民經(jīng)濟，故其壓力狀態(tài)必須得到實時監(jiān)測。傳統(tǒng)的壓力檢測方法通常需要在容器外壁鑿孔，破壞容器的結(jié)構(gòu)完整性，容易引起爆炸。因此，研究一種非介入式壓力檢測方法是非常必要的。在研究了國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合聲彈性效應(yīng)與薄殼理論，提出了一種基于多個轉(zhuǎn)換波形（臨界折射縱波與多個反射縱波

2、）的壓力檢測方法。實驗結(jié)果表明，相比常用的基于單一波形的測量方法，該方法有效降低了溫度影響，測量精度較高，相對平均誤差控制在7％以下，均方根誤差在0.3 MPa以內(nèi)。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括:
　　(1)建立了超聲波（臨界折射縱波、反射縱波）傳播時延與壓力之間的關(guān)系模型。根據(jù)聲彈性效應(yīng)建立了波的傳播速度與應(yīng)力關(guān)系;根據(jù)板殼理論建立了壓力與應(yīng)力之間的關(guān)系;以應(yīng)力為中間變量，推導(dǎo)出了基于超聲波的壓力-時延測量模型。由于波的聲彈性效應(yīng)

3、很微弱，壓力引起的傳播時延很小，本文引入FIR數(shù)字濾波器用于抑制噪聲信號，并通過互相關(guān)法求取時延。實驗結(jié)果表明，基于FIR濾波的互相關(guān)法有效實現(xiàn)了時延測量，準(zhǔn)確度高。
　　(2)理論研究了超聲波頻率對壓力測量性能的影響。以臨界折射縱波為對象，本文分析了波的滲透深度與頻率之間關(guān)系;利用有限元軟件ANSYS分析了管壁層的應(yīng)力分布;建立了波的傳播時延與頻率關(guān)系。實驗結(jié)果表明，隨著頻率的增加，相同壓力下波的傳播時間增加，有助于提高靈敏度;

4、但同時接收波信號幅值衰減更嚴(yán)重，信噪比降低，很可能會引起測量準(zhǔn)確度下降。綜合這兩方面的影響，本文選擇了5 MHz超聲探頭用于超聲波的激發(fā)與接收。
　　(3)提出了一種基于多個轉(zhuǎn)換波形的壓力測量方法。分析基于單一波形的壓力測量方法發(fā)現(xiàn)，其測量精度不高。原因主要有兩個方面:一方面，過度依賴單一波形的時延測量精度，而時延測量容易受環(huán)境噪聲干擾;另一方面，臨界折射縱波與眾多反射縱波的傳播時延容易受溫度影響。由于臨界折射縱波、反射縱波時延均