基于電渦流的電纜偏心在線測量研究.pdf

1、電纜偏心的在線測量與控制對于電纜生產意義重大，電纜偏心不僅造成了原材料的巨大浪費，而且影響電纜的性能參數，在高質量電纜生產時必須進行嚴格的檢測。該文以開發(fā)電纜偏心在線電渦流測量系統(tǒng)為背景，將相似理論、電磁場理論及電渦流無損檢測等技術理論與電纜偏心在線測量的實際相結合，對其理論和關鍵技術問題進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，而且具有較高的實用價值。 該文首先論述了國內外電纜偏心測量裝置及相關技術理論的研

2、究現(xiàn)狀，分析了常用的偏心測量方法的測量原理及特點。在此基礎上，確定了以電纜偏心電渦流斷層分析為基礎的研究內容和技術方案。整個系統(tǒng)由四大部分組成：電渦流傳感器、旋轉機構、數據采集器和PC機。 系統(tǒng)所用傳感器是依據電渦流測距原理設計的。由于被測電纜為無限長，因此電纜偏心檢測過程的物理場模型為多種媒介無限大的無界域、三維渦流電磁場問題，該物理場模型的分析計算未見報導。該文在分析前人相關研究工作的基礎上，建立了電纜電渦流偏心測量過程的物

3、理模型，給出了該三維渦流場問題的場域方程、界面連續(xù)條件，確定了在渦流區(qū)、源區(qū)、非導電區(qū)采用的位變量及規(guī)范，給出了合理的無界域三維磁場邊界條件處理方法，建立了三維渦流場的FEM計算數學模型。在分析大型線性方程組各種解法的基礎上，給出了該問題有限元離散化方程組的求解方法，并通過對虛擬邊界截斷距離對數值計算結果影響的研究，得出了滿足工程計算需要的合適的截斷距離。 通過對三維渦流場的數值模擬，繪出了電纜偏心檢測探頭繞電纜旋轉一周各典型位

4、置的磁感應強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偏方式的可行性和不同結構探頭的旋轉測量效果，確定了檢測探頭的結構形式。 有限元分析法求解雖有理論上指導意義，但在電渦流傳感器優(yōu)化研究過程中，由于需要進行多次三維渦流場計算，因此僅用有限元分析法難以達到目的。該文將相似理論引入傳感器探頭的設計中，根據現(xiàn)象相似條件，將電纜偏心測量的場模型，進行相似變換之后，得出現(xiàn)象相似的必要充分條件，進而推導出相

5、似指標式。提出了基于有限元特征模型參數的相似指標法，該方法可使計算工作量大為減少。 研究了渦流損耗與激勵源線圈匝數、電流密度的關系，傳感器探頭激勵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。給出了傳感器激勵源頻率與電纜線芯尺寸的優(yōu)化配合關系以及傳感器結構尺寸與絕緣厚度的優(yōu)化配合關系。 借助電路的瞬態(tài)仿真技術和實驗，對電渦流傳感器振蕩電路的頻率特性、穩(wěn)定性進行了分析研究，得出了電渦流傳感器振蕩電路的主要

6、參數關系。通過有限元法和基于有限元特征模型參數的相似指標法的互證、計算實例與實驗對比，證明了該文提出的設計計算方法的正確性和可行性。 提出了電纜偏心測量系統(tǒng)的總體設計方案。設計了數據采集器硬件電路，該電路以P89C51RD2單片機為核心，包括信號放大電路、幅值檢測電路、濾波電路、A/D轉換電路、位置檢測單元、通訊接口電路等幾部分，并給出了各子程序流程圖。 給出了偏心信號實時時空分離和描述方法，利用位置檢測單元的脈沖起始信