基于超声波的非侵入式压力测量方法研究

【摘要】：压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件,意义重大。传统的压力测量方法大部分属于侵入式测量方法,由于需要在被测对象上开孔,因此为设备制造和后期维护带来了诸多不便。本文将超声波应力检测技术应用到压力检测上来,针对薄壁压力容器和管道,提出了一种基于超声波的非侵入式压力测量新方法,该方法通过测量超声波在被测对象中的传播时间变化量实现了对压力的非侵入式测量。本论文的主要研究成果有: 1.以表面应力为中间变量,结合适用的表面波测应力模型和压力容器的薄膜理论,推导并建立了表面波传播速度与被测容器(或管道)压力之间的关系模型。进一步从实际测量的角度出发,给出了表面波传播时间变化量与被测压力之间的关系模型,并对应变在测量中的影响给予了修正。 2.鉴于实验中采集得到的表面波信号往往含有相关有色噪声成分,引入了基于连续小波变换的广义相关时延估计方法来计算得到不同压力条件下的时间变化量,取得了良好的效果。建立了相应的实验系统,在变压力的情况下对表面波沿容器轴向和切向传播时的情况分别做了实验研究,结果表明测量模型可以很好地预测实验结果,从而证实了模型的正确性和基于表面波测压方法的可行性。 3.针对测量中存在的时间测量精度低、压力变化分辨不高、实时性较差、检测设备成本高等问题,研制了表面波循环计时测量装置,在较低的时间测量精度下,实现了表面波传播时间变化量的精确测量,将原先2ns的实际测量精度提高到0.5ns,设备成本却大大降低,为今后仪表地开发奠定了基础。 4.结合实验中的一些现象深入讨论了温度对测量结果的影响,在考虑主要影响因素的条件下,从理论上对测量模型给予了进一步的修正,并在模型的指导下,提出了通过参比式变换的方法对温度误差进行校正,试验结果表明参比变换的方法可以有效地消除温度的影响。