用于高温管道测厚的脉冲电磁铁电磁超声换能器研究.pdf

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1、硕士学位论文用于高温管道测厚的脉冲电磁铁电磁超声换能器研究DESIGNOFPULSEDELECTROMAGNETEMATUSINGFORHIGHTEMPERATUREPIPELINETHICKNESSGAUGING邱佳明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB553学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开全日制工程硕士学位论文用于高温管道测厚的脉冲电磁铁电磁超声换能器研究硕士研究生：邱佳明导师：王淑娟教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB553U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFPULSEDELECTROMAGNETEMATUSINGFORHIGHTEMPERATUREPIPELINETHICKNESSGAUGINGCandidate：QiuJiamingSupervisor：Prof.WangShujuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要长期工作于高温环境的工业金属管道难免产生腐蚀缺陷，严重威胁运输安全，在不停产、不损伤管道的前提下，国内外普遍采用测量管道壁厚的方式对腐蚀缺陷进行监测和定位。压电超声技术在管道测厚领域应用广

4、泛，但对于耦合剂的依赖使其较难应用于高温环境。而电磁超声技术无需耦合剂，操作过程安全便捷。但电磁超声换能器中的永磁铁部分应用于高温测厚时存在磁场变弱、移动困难等问题，导致检测效率较低。针对以上问题，本文提出利用脉冲电磁铁替代永磁铁的方法，设计了一种脉冲电磁铁电磁超声换能器(PulsedElectromagnetEMAT，PE-EMAT)。在深入研究国内外PE-EMAT设计方法的基础上，依据实际高温测厚环境对换能器耐高温性、可移动性等能力的需求，提出PE-EMAT总体设计方案，能够实现对高温管道厚度的检测。针对高温测厚过程中

5、PE-EMAT工作机理复杂、分析难度大等问题，分别对PE-EMAT磁场和声场工作过程进行分析，建立高温PE-EMAT仿真模型。仿真结果表明：随着温度的升高，磁场峰值强度、建立时间等磁场指标变化较大；声束扩散角、横波最大振幅等声场指标变化微小。针对PE-EMAT参数多、设计过程复杂的问题，提出PE-EMAT参数选取及设计方法。将EMAT线圈选取为蝶形线圈结构，将脉冲电磁铁选取为含铁芯结构。并以仿真模型为基础，利用正交试验将EMAT线圈及脉冲电磁铁参数进行了优化，明显提升了PE-EMAT高温测厚性能。设计了高温管道测厚系统，实

6、现了对高温管道厚度的检测。测厚系统由脉冲电磁铁驱动模块、EMAT发射接收模块、CPLD及ARM控制模块和电源管理模块组成。以Q235型钢管试块作为测试对象，搭建了高温管道测厚实验平台，验证了高温PE-EMAT磁场和声场模型的正确性。实验结果表明，设计的PE-EMAT在高温下磁场较强、在管道表面不吸附，能够对600°C高温管道的厚度进行有效检测。关键词：高温管道测厚；电磁超声技术；脉冲电磁铁；仿真建模-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThecorrosiondefectsofmetalpipelinecau

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

8、thefieldofpipelinethicknessgauging,butitsdependenceoncouplingagentmakesitdifficulttoapplyinhightemperatureenvironment.Theelectromagneticultrasonictechno