基于電渦流的電纜偏心在線測(cè)量研究.pdf

1、電纜偏心的在線測(cè)量與控制對(duì)于電纜生產(chǎn)意義重大，電纜偏心不僅造成了原材料的巨大浪費(fèi)，而且影響電纜的性能參數(shù)，在高質(zhì)量電纜生產(chǎn)時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)。該文以開發(fā)電纜偏心在線電渦流測(cè)量系統(tǒng)為背景，將相似理論、電磁場(chǎng)理論及電渦流無損檢測(cè)等技術(shù)理論與電纜偏心在線測(cè)量的實(shí)際相結(jié)合，對(duì)其理論和關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了深入具體的研究，所提出的方法和研究成果不僅具有理論意義，而且具有較高的實(shí)用價(jià)值。 該文首先論述了國內(nèi)外電纜偏心測(cè)量裝置及相關(guān)技術(shù)理論的研

2、究現(xiàn)狀，分析了常用的偏心測(cè)量方法的測(cè)量原理及特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，確定了以電纜偏心電渦流斷層分析為基礎(chǔ)的研究內(nèi)容和技術(shù)方案。整個(gè)系統(tǒng)由四大部分組成：電渦流傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集器和PC機(jī)。 系統(tǒng)所用傳感器是依據(jù)電渦流測(cè)距原理設(shè)計(jì)的。由于被測(cè)電纜為無限長，因此電纜偏心檢測(cè)過程的物理場(chǎng)模型為多種媒介無限大的無界域、三維渦流電磁場(chǎng)問題，該物理場(chǎng)模型的分析計(jì)算未見報(bào)導(dǎo)。該文在分析前人相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，建立了電纜電渦流偏心測(cè)量過程的物

3、理模型，給出了該三維渦流場(chǎng)問題的場(chǎng)域方程、界面連續(xù)條件，確定了在渦流區(qū)、源區(qū)、非導(dǎo)電區(qū)采用的位變量及規(guī)范，給出了合理的無界域三維磁場(chǎng)邊界條件處理方法，建立了三維渦流場(chǎng)的FEM計(jì)算數(shù)學(xué)模型。在分析大型線性方程組各種解法的基礎(chǔ)上，給出了該問題有限元離散化方程組的求解方法，并通過對(duì)虛擬邊界截?cái)嗑嚯x對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果影響的研究，得出了滿足工程計(jì)算需要的合適的截?cái)嗑嚯x。 通過對(duì)三維渦流場(chǎng)的數(shù)值模擬，繪出了電纜偏心檢測(cè)探頭繞電纜旋轉(zhuǎn)一周各典型位

4、置的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布云圖和矢量分布圖以及不同視角的渦流電密分布偽彩圖。研究了掃描式電渦流測(cè)偏方式的可行性和不同結(jié)構(gòu)探頭的旋轉(zhuǎn)測(cè)量效果，確定了檢測(cè)探頭的結(jié)構(gòu)形式。 有限元分析法求解雖有理論上指導(dǎo)意義，但在電渦流傳感器優(yōu)化研究過程中，由于需要進(jìn)行多次三維渦流場(chǎng)計(jì)算，因此僅用有限元分析法難以達(dá)到目的。該文將相似理論引入傳感器探頭的設(shè)計(jì)中，根據(jù)現(xiàn)象相似條件，將電纜偏心測(cè)量的場(chǎng)模型，進(jìn)行相似變換之后，得出現(xiàn)象相似的必要充分條件，進(jìn)而推導(dǎo)出相

5、似指標(biāo)式。提出了基于有限元特征模型參數(shù)的相似指標(biāo)法，該方法可使計(jì)算工作量大為減少。 研究了渦流損耗與激勵(lì)源線圈匝數(shù)、電流密度的關(guān)系，傳感器探頭激勵(lì)源頻率與探頭尺寸和電纜尺寸的優(yōu)化配合，探頭尺寸與電纜直徑的匹配。給出了傳感器激勵(lì)源頻率與電纜線芯尺寸的優(yōu)化配合關(guān)系以及傳感器結(jié)構(gòu)尺寸與絕緣厚度的優(yōu)化配合關(guān)系。 借助電路的瞬態(tài)仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)電渦流傳感器振蕩電路的頻率特性、穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究，得出了電渦流傳感器振蕩電路的主要

6、參數(shù)關(guān)系。通過有限元法和基于有限元特征模型參數(shù)的相似指標(biāo)法的互證、計(jì)算實(shí)例與實(shí)驗(yàn)對(duì)比，證明了該文提出的設(shè)計(jì)計(jì)算方法的正確性和可行性。 提出了電纜偏心測(cè)量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集器硬件電路，該電路以P89C51RD2單片機(jī)為核心，包括信號(hào)放大電路、幅值檢測(cè)電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、位置檢測(cè)單元、通訊接口電路等幾部分，并給出了各子程序流程圖。 給出了偏心信號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)空分離和描述方法，利用位置檢測(cè)單元的脈沖起始信