论文题目：并行多通道远场涡流快速检测系统的优化设计
摘要：基于电涡流效应的无损检测技术,相比其他无损检测技术,具有检测简单、非接触、可进行在役检测等优点,广泛应用于金属套管检测领域。远场涡流检测技术,通过发射低频、缓慢的测试激励,实现对金属套管壁厚和缺陷的分析。此种激励信号导致仪器的运行速度较慢,因此在接收部分采用并行多通道的处理方式实现对金属套管壁厚和微小缺陷的快速测量。利用远场涡流检测技术研制的套管检测仪器,发射电路发送出测试激励,接收电路需有针对性地设计远场同步接收电路,并结合数字相敏检波算法和正交采样法实现管壁壁厚及内外缺陷的判别。本文所述的信号接收电路,分为模拟电路和数字信号处理电路两部分。在模拟电路部分,多个并行通道采用相同的信号调理结构对传感器接收到的高、低频信号进行放大、滤波处理,简化硬件电路的同时为数字采集系统提供信噪比良好的输入信号。数字信号处理电路部分采用FPGA和DSP协同处理的工作方式,利用FPGA并行处理的工作特点实现对模数转换器的同步配置和对采样数据的并行处理,并利用DSP较强的数据处理能力和较高的运行速度来实现数字滤波和相位差算法的计算。二者的有效结合,使得同步接收电路能够高效地完成信号采集和相位计算。与以往的远场单元接收电路相比,本文采用并行多通道的信号处理方法并增加套管内外缺陷的判别功能,实现对16路信号的并行处理。对比通道切换的处理方式,有效地将采集时间缩小到原设计的五分之一,提高了仪器在井下的测量速度。此外,套管内外壁缺陷的判别可以有效地定位套管的损伤位置,增加仪器的测量精度。为验证仪器的功能,本文最后给出了仪器的实验室调试和现场作业结果。调试结果证实了测试相位差与套管壁厚之间的对应关系,现场作业结果有效验证了仪器对套管壁厚和微小缺陷的检测能力。
关键词：远场涡流检测;并行多通道处理;数字相敏检波;正交采样法
学科专业：仪器科学与技术
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景及意义
1.2 远场涡流检测技术的国内外研究历史与现状
1.3 本文主要研究内容及结构安排
第二章 远场涡流快速检测系统技术研究
2.1 远场涡流检测技术的原理分析
2.2 基于远场涡流快速检测的套管检测仪器模型设计
2.2.1 检测模型建立
2.2.2 套管内外壁缺陷的判别
2.3 多频测试组合技术
2.3.1 套管壁厚与局部缺陷检测方法
2.3.2 套管内外壁缺陷检测方法
2.4 并行多通道同步采样处理方案
2.5 本章小结
第三章 远场涡流快速检测系统方案优化设计
3.1 远场涡流快速检测系统简介
3.2 仪器测量分辨率分析
3.2.1 移动速度和测量周期对测量分辨率的影响
3.2.2 通道切换采集与全通道同步采集的对比分析
3.3 低频场全通道同步检测方案
3.3.1 常用测相方法的对比
3.3.1.1 过零检测法
3.3.1.2 数字相敏检波法
3.3.1.3 基于AD8302 的幅相检测法
3.3.2 套管检测仪器的测相法对比分析
3.4 高频场全通道同步检测方案
3.4.1 正交采样法测量相位差
3.4.2 低频场干扰对高频相位计算的影响
3.5 检测系统中接收信号的数据处理方法
3.5.1 基于流水线的数据处理方法
3.5.2 采样数据的滤波处理
3.6 本章小结
第四章 远场涡流快速检测系统的软硬件设计
4.1 检测系统发射部分简介
4.2 检测系统接收处理电路设计
4.2.1 模拟信号调理电路
4.2.2 模数转换电路
4.2.3 基于DSP和 FPGA的数字信号处理电路
4.3 检测系统中信号接收的软件设计
4.3.1 基于流水线方式的DSP内部程序设计
4.3.2 FPGA内部逻辑设计
4.4 本章小结
第五章 测试结果与分析
5.1 远场涡流快速检测系统的电路调试
5.1.1 发射电路调试结果与分析
5.1.2 接收电路调试结果与分析
5.2 高低频同步检测数据处理结果及分析
5.2.1 数字相敏检波检测法结果分析
5.2.2 正交采样法结果分析
5.3 远场涡流快速检测系统测试结果分析
5.3.1 高温测试与结果校正
5.3.2 套管壁厚测试
5.3.3 现场测试
5.4 本章小结
第六章 结束语
致谢
参考文献