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试析层析基于电容敏感机理飞机复合材料检测策略

收藏本文 2024-03-28 点赞:12567 浏览:48735 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:航空复合材料具有重量轻、强度高、耐磨损等优点,被广泛运用于新型飞机结构。由于复合材料的损伤机理、失效形式及疲劳寿命等与金属材料结构显著不同,由此为提升飞行安全、有效预估材料残余疲劳寿命,需要对复合材料开展无损在线健康监测探讨。电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography, ECT)是近年来出现的基于电容敏感机理的新型无损检测技术,具有适应性强、低、速度快、无损可视等优点。本论文基于平面阵列电容传感器构建ECT系统,实现对飞机复合材料无损检测。为验证其有效性和可靠性,对ECT系统的激励方式、传感器设计与优化,以及硬件系统平台搭建等相关方面展开探讨:(1)浅析ECT的“软场”特性,利用COMSOL建立三维平面阵列传感器,并对其进行仿真,利用Matlab将仿真得到的数据进行成像,比较不同损伤模型下的成像效果;优化传感器的设计参数,包括电极几何形状、电极间距、基板厚度,以及屏蔽电极等,浅析每个参数对传感器的信号强度、探测深度、灵敏度等性能的影响。(2)优化激励测量方式,提出奇偶激励方式,并比较浅析单激励方式、双激励方式和奇偶激励方式下传感器各项性能和成像效果。(3)设计基于Xipnx Spartan-3AN系列FPGA芯片的ECT硬件检测系统。利用FPGA的DDS模块结合D/A转换芯片搭建激励信号源;基于FPGA嵌入式软核搭建制约模拟开关、多路选通、程控放大、及通信的微制约器(MCU);同时通过FPGA采集A/D转换后的数据并对其进行数字正交解调;最后设计ECT硬件检测系统的PCB板,完成硬件系统联机调试。关键词:飞机复合材料论文无损检测论文电容层析成像论文平面阵列传感器论文ECT硬件系统论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第一章 绪论10-16

    1.1 飞机复合材料无损检测策略概述10-11

    1.2 电容层析成像技术及其探讨概况11-14

    1.3 本论文的探讨内容14

    1.4 本论文的组织14-16

    第二章 电容层析成像技术的论述探讨16-24

    2.1 电容的边缘效应16-17

    2.2 ECT 敏感场的探讨17-21

    2.2.1 敏感场的数学描述17-18

    2.2.2 有限元浅析法18-21

    2.3 ECT 正反不足的探讨21-24

    2.3.1 ECT 软场特性21

    2.3.2 ECT 正不足21-22

    2.3.3 ECT 反不足22-24

    第三章 平面电极阵列设计与激励方式设计优化24-42

    3.1 传感器的性能指标24-28

    3.1.1 信号强度24-25

    3.1.2 穿透深度25-26

    3.1.3 测量灵敏度26-27

    3.1.4 成像分辨率27-28

    3.2 传感器结构设计与优化28-37

    3.2.1 电极的几何参数29-31

    3.2.2 电极间距31-33

    3.2.3 基板与屏蔽33-35

    3.2.4 成像面的选取35-37

    3.3 传感器激励方式优化37-42

    3.3.1 单激励方式37-38

    3.3.2 双激励方式38

    3.3.3 奇偶激励方式38-42

    第四章 平面式 ECT 硬件系统设计42-55

    4.1 国内外 ECT 成像系统的进展概况42-43

    4.2 硬件系统设计43-52

    4.2.1 激励信号源43-44

    4.2.2 多路选通电路44-47

    4.2.3 电容测量电路47-48

    4.2.4 可编程放大电路48-50

    4.2.5 A/D 转换电路50-51

    4.2.6 FPGA 制约单元51-52

    4.3 相敏解调52-55

    4.3.1 开关解调52-53

    4.3.2 乘法解调53-54

    4.3.3 数字解调54-55

    第五章 FPGA 程序设计与系统性能探讨55-66

    5.1 FPGA 设计流程55-62

    5.1.1 微制约器55-57

    5.1.2 串口通信57-59

    5.1.3 数字相敏解调的实现59-62

    5.2 ECT 系统的实验与浅析62-66

    5.2.1 图像评估62

    5.2.2 实验结果浅析62-66

    结论66-67

    致谢67-68

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