【摘要】：針對非金屬材料缺陷深度的檢測需求,本論文在單極板電容成像檢測技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,引入多極板電容成像檢測技術(shù),實現(xiàn)對非金屬材料缺陷深度的定位,檢測速度在原有基礎(chǔ)上顯著提高。采用理論分析、數(shù)值仿真和實驗研究相結(jié)合的方法,重點構(gòu)建多極板電容成像檢測技術(shù)理論模型,從多極板電容成像探頭檢測靈敏度分布入手,分析影響多極板電容成像探頭成像性能的參數(shù),對多極板電容成像探頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,利用已優(yōu)化設(shè)計的探頭對缺陷的深度進(jìn)行定位檢測,并開發(fā)檢測系統(tǒng)進(jìn)行實驗研究。論文主要從以下四個方面展開研究:(1)多極板電容成像檢測技術(shù)理論研究介紹了電容的邊緣效應(yīng)、敏感場的數(shù)學(xué)描述、正反問題等基本理論。利用COMSOL對多極板電容成像檢測技術(shù)進(jìn)行機理研究并建立多極板電容成像探頭和含缺陷試件的整體仿真模型,得到的仿真結(jié)果驗證了多極板電容成像檢測技術(shù)的可行性。借助理論模型和仿真模型分析缺陷(介電常數(shù))-靜電場之間的關(guān)系,為后續(xù)多極板電容成像探頭性能分析與參數(shù)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。(2)多極板電容成像傳感器性能與設(shè)計參數(shù)研究利用COMSOL Multiphysics對多極板電容傳感器的信號強度、穿透深度、成像分辨率和靈敏度分布進(jìn)行分析研究,并探究極板面積、極板形狀、極板底襯厚度、極板間距、極板大小及屏蔽電極對傳感器性能指標(biāo)的影響,為后續(xù)傳感器的優(yōu)化設(shè)計及實驗檢測裝置的開發(fā)提供依據(jù)。(3)多極板電容成像傳感器設(shè)計提出了多極板電容成像傳感器的設(shè)計原則與方法。并據(jù)此設(shè)計了兩種多極板電容成像探頭,即一種用于非金屬材料缺陷檢測的探頭和一種用于防腐層下缺陷檢測的探頭。仿真分析結(jié)果表明這兩種電容成像探頭大致符合設(shè)計要求,為下一步電路板的設(shè)計和實驗檢測裝置的搭建提供了依據(jù)。(4)多極板電容成像檢測系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)仿真模型優(yōu)化設(shè)計的具體參數(shù),設(shè)計基于多極板電容成像技術(shù)的檢測系統(tǒng)。多極板電容成像檢測系統(tǒng)主要包括多極板電容成像探頭、X-Y掃描平臺、步驟監(jiān)測控制器、信號發(fā)生器、電荷放大器、鎖相放大器、數(shù)字示波器、計算機和LabVIEW控制采集程序。重點開發(fā)一套非金屬材料缺陷檢測系統(tǒng)和一套防腐層下缺陷檢測系統(tǒng),分別用于檢測非金屬材料缺陷和防腐層下缺陷。
【圖文】：

理場[59]。用戶可以快速地建立物理仿真模型，COMSOLMultiphysics 定義仿真方便，模型尺寸、材料屬性、邊界條件及源項等可以為常數(shù)、任意變量的函數(shù)表達(dá)式等。除此之外，它還含有預(yù)定義的物理場應(yīng)用模式，用戶可以根據(jù)實際地選擇物理場并定義它們之間的關(guān)系；用戶也可以根據(jù)需要輸入推導(dǎo)出的偏微，，并指定它與其它方程或物理量之間的關(guān)系。COMSOL Multiphysics 分析流程圖如圖 2-6 所示。首先對實際工程問題進(jìn)行分根據(jù)分析的結(jié)果運用 COMSOLMultiphysics 依次建立幾何模型、設(shè)置材料屬性理場、網(wǎng)格劃分、求解設(shè)置和后處理，最后對結(jié)果進(jìn)行研究判斷。如果結(jié)果符就解決了此工程問題；如果結(jié)果不符合邏輯，就要提出改進(jìn)方法，對仿真分析一個步驟或幾個步驟進(jìn)行修改，再對修改過的模型進(jìn)行結(jié)果判斷，直到得出合解決問題為止。1 建立幾何模型

如圖 2-7（a）所示；試件模型建立過程中用到的域操作有長方體、圓柱分割操作有復(fù)制、移動、拷貝和差集，如圖 2-7（b）所示；空氣層模型的域操作只有長方體，具體尺寸見表 2-1；最后用組合體命令把多極板型、試件模型和空氣層模型組成一個組合體，如圖 2-7（c）所示。表 2-1 空氣層尺寸參數(shù)Table 2-1 The size of the air layer長/mm 寬/mm 高/mm290 210 20料屬性表 2-2 材料參數(shù)Table 2-2 The material parameters材料 相對介電常數(shù) 相對磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率（S/m）空氣 1 1 10銅 1 1 5.9e7有機玻璃 4.2 1 1e-14樹脂復(fù)合材料 4 1 4e-3
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH878

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本文編號：2668467