基于电磁检测技术的导电液体参数测量

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本论文属于电磁检测技术范畴,研究之目的在于:通过高频电磁激励手段,配合新颖的电磁传感器设计,实现低电导率物质的物理参数实时测量,如两相流相含率测量、导电液体的液位测量。电磁检测技术,泛指任何利用电磁原理、电磁现象实现被测对象物理量检测的技术。电磁检测技术以电磁感应原理为基础,以电磁线圈为传感器,以电导率和磁导率为核心检测对象,是一种检测速度快、灵敏度高、可靠性好的非接触非侵入式无损检测技术。自2007年以来,作者先后参与完成了低频模拟式电磁层析成像系统、基于电磁检测的金属工件参数测量、高频数字式电磁层析成像系统等科研项目。本文正是在总结借鉴以上研究基础上,采用高频电磁激励手段,实现了低电导率物质的参数测量,在电磁检测方面有一定参考意义和潜在应用价值。本文的主要创新点体现在以下方面:第一、高频电磁激励系统的硬件实现。为了实现低电导率物质的参数测量,有必要提高电磁检测系统的激励频率。为了克服高频激励系统中感应信号易受干扰、传输困难、需要高速处理等技术问题,分别设计了前端板电路、多级放大电路,提高了信号处理速度与质量,保证了原始测量数据的准确性。第二、灵敏度推算及传感器优化设计。本文推导了电磁检测系统的灵敏度公式,给出了基于场量提取法的灵敏度计算方法。提出了传感器灵敏度评价指标,并以此为依据设计优化了电磁检测系统的传感器结构。第三、开发出了基于电磁螺旋传感器的相含率测量系统。创造性地提出了螺旋式电磁传感器结构,采用场量提取法、模拟扰动法两种方法计算了4种传感器的灵敏度,以灵敏度计算为依据实现了电磁传感器的张角优化,开展了相含率测量的硬件实验。第四、完成了基于高频电磁激励的导电液体液位测量系统。通过灵敏度计算确定了不同液位测量场合的最佳电磁传感器配置,开展了导电液体液位测量的硬件实验,进行了误差分析,给出了基于高频激励的液位测量技术的方法步骤和指导建议。
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