摘要：基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。

摘要：在油气管道腐蚀检测领域,场指纹法(field signature method,FSM)管道腐蚀在线监测技术是一种运用较为普遍的技术。然而传统的场指纹技术还存在诸多不足,例如极易受到系统漂移的干扰而导致监测结果出现较大偏差;需要数十安培的激励电流,电源模块易损坏,只能测量相对壁厚减薄,参考板与被测管道之间的温度差会引入很大的测量误差等。作者在有限元仿真的基础上,提出了一种多频交流场指纹技术(multi-frequency alternative current field signature method,MACFSM)。在仿真计算中,依次向被测金属管道注入频率从高到低的交流激励电流,根据趋肤效应,趋肤深度随着频率的降低而增大,使得测量电极间的电压逐渐减小,当趋肤深度增大到管壁壁厚之后,随着频率的进一步降低,测量电极间的电压将保持稳定。将测量得到的电压序列进行求导,得到了导数极值,利用导数极值即可求解出缺陷的深度。最后利用实验对仿真进行了验证,向缺陷深度为3.5 mm的被测金属管道注入了0.1 A的多频激励电流,准确地利用导数极值求解出了缺陷深度。仿真和实验表明,MACFSM将不再需要参考电压,也不需要原始电压,更不需要对原始壁厚进行精确测量,而且可以有效克服系统漂移的影响,降低激励电流幅值,提高了作为长期在线监测技术的可靠性。

摘要：该文分析了数字孪生技术的起源与发展,及其在现实应用当中的内涵,并系统阐述了数字孪生技术在高校实验室建设中的内生逻辑、客观需求等关键问题,同时探讨了对其在物联网专业实验室中的应用架构设计及设备层模型构建,并举例说明,指出数字孪生等智能技术的发展将对教育技术的变革带来深远影响。

摘要：电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表,被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一。本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高。首先,在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后,搭建实验平台,通过磁场测试实验和流体测试实验进行验证。磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063 mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11 mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743~2.582 m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,这对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义。

摘要：超声导波技术因可将超声换能器与高温环境隔离而常被用于高温管道的壁厚监测系统,但高温下常规耦合技术失效问题和信号信噪比低的问题影响了测量系统的可靠性和测量精度。设计用于传导超声信号的导波杆,基于声学匹配原理优化干耦合技术,解决高温环境下常规耦合技术的失效问题。提出自适应激励方式和测量数据的乘幂算法以提高高温下测量系统的自适应性和信号信噪比。采用智能分段声速方法对声速进行修正,使高温超声导波测厚系统的测量精度达到±0.03 mm。实验结果表明:在500℃的长期热源环境下,超声波换能器端的温度最高不超过56℃,验证了测量系统在高温环境下的可靠性。

摘要：为了进一步增强电磁超声检测技术在管道厚度测量领域的检测能力,该文对电磁超声传感器(EMAT)的结构进行了优化。提出了多磁铁对称分布型EMAT,能实现更小的磁铁体积,产生更强的表面剩磁强度。采用在硅钢表面开槽的方式限制涡流形成的区域,解决了涡流对测量的影响。建立厚度测量实验系统,对比出单磁铁型与多磁铁对称分布型EMAT在不同提离距离上检测信号的变化规律。结果表明,多磁铁对称分布型结构可通过增强EMAT的偏置磁场达到信噪比更优的效果。采用耐高温探头外壳和钐钴磁铁,提高了EMAT探头在高温环境下的检测性能。

摘要：当前应用于油气管道壁厚监测的各类超声传感器均为传统刚性结构,针对其超声能量受损、测量范围受限及不易阵列化的问题,设计了一种基于柔性超声传感器的阵列式管道壁厚监测系统。该系统利用柔性电路板及背衬实现传感器阵列化集成,以STM32为主控芯片的硬件电路实现了各通道传感器超声的激励与数据的采集。同时,上位机对接收到的测量数据进行分析处理,从而实现对管道壁厚的监测。实验结果表明,该系统具有良好的测量效果,精度可达0.02 mm。

摘要：电感探针技术是一项检测金属腐蚀的新技术,通过测量电感探针中测试线圈在金属试片腐蚀前后的电感变化量来测量腐蚀速率。相比传统方法,具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高、适用范围广、测量结果几乎不受温度影响等优点。电感的测量精度决定了电感探针腐蚀监测系统的测量精度。因此,电感的高精度测量对于电感探针腐蚀监测系统至关重要。设计的电感测量电路采用自由轴法进行电感测量。电路以STC89C52单片机作为微处理器,选用基于DDS技术的信号发生芯片AD9850产生所需的测试信号,利用阻抗串联分压原理及相敏检波原理,实现了对电感的精确测量,在电感探针腐蚀监测系统中具有较好的应用价值。

摘要：基于电位阵列的金属管道(容器)在线腐蚀检测方法称为场指纹法(field signature method,FSM)。FSM是一种新型的石油、天然气管道腐蚀监测技术。它通过检测管道外部两两电极间电位差的变化,来判断管道的腐蚀情况。由于电极间的电位差极其微弱(30～60μV),因此微弱信号的测量精度决定了腐蚀检测的精度。锁相放大技术是一种提取淹没在噪声中微弱信号的重要手段,广泛用于微弱信号检测系统中。介绍锁相放大技术的微弱信号检测电路的设计以及在FSM管道腐蚀测量系统的应用,同时针对测量信号是低频的特点,在系统中采用数字与模拟相结合的方法,大幅度提高了其测量精度以及稳定性,达到了项目的要求。

摘要：场指纹技术(Field Signature Method,FSM)是一种基于直流电位降技术(Direct Current Potential Drop,DCPD)的金属管道、压力容器缺陷无损检测技术,具备均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀等缺陷的高精度检测能力,但对危险系数更高的裂纹缺陷,其检测精度偏低.为提升FSM技术的裂纹缺陷检测能力,提出了一种多频交流场指纹(Multi-frequency Alternative Current Field Signature Method,MACFSM)管道裂纹缺陷检测技术.通过施加多个频率的交流激励,获取被测电压与参考电压的比值曲线,能够准确求解出裂纹的深度.