基于超聲波的壓力測(cè)量模型研究.pdf

1、壓力容器在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)很多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用，為了使其安全、正常運(yùn)行，對(duì)于其內(nèi)部壓力的檢測(cè)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的壓力測(cè)量方法往往需要進(jìn)行開(kāi)孔等可能破壞容器完整性的操作。非介入式壓力檢測(cè)方法具有安全、便攜等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。
　　基于超聲波的非介入式壓力檢測(cè)，其主要的理論基礎(chǔ)是聲彈性效應(yīng)和薄殼理論。在對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)和成果的研究基礎(chǔ)之上，本論文建立了基于臨界折射縱波、反射縱波的線性和非線性壓力測(cè)量模型，對(duì)模型的波形選擇進(jìn)行了研

2、究，并對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行了分析和比較。本論文的主要研究成果和創(chuàng)新之處在于:
　　(1)提出了基于最佳子集回歸和逐步回歸算法的多變量壓力測(cè)量模型輸入波形的選擇方法。之前多變量壓力測(cè)量模型輸入波形的選擇只是簡(jiǎn)單的根據(jù)輸入波形的區(qū)分度和信噪比。用于建立模型的波形的選擇至關(guān)重要:一方面，越多的解釋變量更多的自變量可以使信息更加完整、全面，使預(yù)測(cè)更加精確，但也可能造成“過(guò)擬合”的現(xiàn)象，同時(shí)需要估計(jì)的參數(shù)個(gè)數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致方差提高;另一方面，過(guò)少的解

3、釋變量可能造成“欠擬合”的現(xiàn)象，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度降低。本文將最佳子集回歸和逐步回歸算法應(yīng)用于輸入信號(hào)波形的選擇，可以建立更優(yōu)、更符合選定準(zhǔn)則的模型。
　　(2)針對(duì)線性壓力測(cè)量模型精度不高的問(wèn)題，提出并建立了基于臨界折射縱波、反射縱波的非線性壓力測(cè)量模型。根據(jù)聲彈性效應(yīng)和薄殼理論，壓力與臨界折射縱波、反射縱波呈線性關(guān)系，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在某些壓力范圍內(nèi)，二者存在非線性關(guān)系。本論文嘗試使用非線性方法進(jìn)行建模，包括將傳播時(shí)延的二次項(xiàng)加入測(cè)量模

4、型以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性壓力測(cè)量模型比線性壓力測(cè)量模型的測(cè)量精度更高，非線性模型中基于BFGS神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型測(cè)量精度最高。
　　(3)對(duì)超聲波在容器壁中的傳播過(guò)程的信號(hào)幅值變化機(jī)理進(jìn)行了理論分析。超聲波從發(fā)射探頭到接收探頭傳播過(guò)程中，由于反射、折射等會(huì)引起波型轉(zhuǎn)換和能量分配，另外，在傳播過(guò)程中由于散射、擴(kuò)散和吸收也會(huì)引起能量的衰減，綜合表現(xiàn)為幅值的變化。為了確定合適的探頭間距，以獲取信噪比更高的波形，本論