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基于箱体检测的强声发射簇波发生器机理及关键技术研究

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 簇波发生器的研究现状

1.3 本论文的结构安排

第二章 簇波发生器的振膜结构优化建模与组装

2.1 振膜的材料选择与结构研究

2.2.1 ABAQUS软件介绍

2.2.2 振膜结优化仿真分析

2.3 振膜的模态分析

2.4 振膜参数优化

2.4.1 振膜的策动力分析

2.4.2 Maxwell软件介绍

2.4.3 振膜的外径参数研究

2.4.4 振膜的内径研究

2.4.5 振膜的厚度研究

2.5.1 建模工具介绍

2.5.2 簇波发生器的模型建立与介绍

2.6 簇波发生器的组装

2.7 本章小结

第三章 簇波发生器的机理研究

3.1 簇波发生器参数计算与实验测试

3.1.1 电容计算

3.1.2 盘形线圈的电阻和电感测试

3.2 簇波发生器电感位变模型研究

3.3 振膜位移仿真与电感时变模型建立

3.4 簇波发生器的工作原理

3.5 电场与磁场

3.5.1 放电回路电流衰减特性理论分析

3.5.2 放电回路电流衰减特性测试

3.6 磁场与振膜受力

3.6.1 线圈在空间磁场强度分布

3.6.2 簇波发生器的电磁场仿真

3.7 振膜受力变形仿真

3.8 本章小结

第四章 簇波发生器的耦合仿真分析

4.1 簇波发生器的耦合系统研究

4.2.1 簇波发生器的仿真单元的建立

4.2.2 簇波发生器多场耦合仿真分析

4.3 本章小结

第五章 簇波发生器的测试与实验研究

5.1 上位机软件开发

5.1.1 上位机软件开发工具介绍

5.1.2 上位机的主要功能介绍

5.1.3 上位机软件界面介绍

5.2 控制硬件电路设计

5.3 声压级测试

5.4 簇波发生器振膜受力位变模型研究

5.5 振膜开孔降频研究

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

随着国际贸易的繁荣发展,全世界各国对进出口集装箱的安全问题格外关注,目前常用的集装箱探测技术例如机械锤击、X光探测、红外波探测具有探测误差大、成本高、效率低的缺陷,如何采用一种简单、快速、高效、低成本的方式来对集装箱卸载后是否还有物体残留的问题也变得十分的重要。利用声波进行探测是近几年发展起来的一种无损检测新技术,其具有传播距离远、对人体无害、检测速度快、成本低的特点,簇波发生器就是一种利用洛伦兹力机理实现的强声发射装置,是声波探测技术的关键部件,因此对其机理及关键技术进行研究具有重要意义。 本论文课题来源为深圳某海关,旨在研发一款能发出高强度脉冲波的箱体检测发生器设备,该发生器主要用来对集装箱卸载后箱内是否为空进行检测,检测方法是利用簇波发生器激振集装箱,然后采集信号进行分析箱内为空和不为空时的特征,从而判断集装箱是否为空,针对强声要求、簇波发生器的机理、延长簇波发生器的使用寿命、集装箱激振的有效声波频段,本文做了如下工作。 (1)本论文首先对课题相关的国内外现状进行调研分析,并与目前的集装箱检测技术进行对比概述,阐述了声波检测技术使用的优越性及发生器研究的重要性。 (2)通过静力学分析,得出对簇波发生器的受力变形较大位置,并对簇波发生器加挡环处理。 (3)围绕强声要求,对不同外径、内径、厚度对振膜最大受力影响进行分析,确定振膜最优尺寸参数。 (4)分析簇波发生器的动态电感对于回路电流的影响,推导线圈在空间磁场强度的解析式,对簇波发生器进行电磁场仿真,揭示了簇波发生器的簇波发射机理。 (5)对簇波发生器进行多物理场耦合仿真分析,得出簇波发生器的指向性分布图,分析集装箱激振的有效频段。 (6)针对前面的优化设计制作的簇波发生器,进行声压级的实验测试,并对簇波发生器振膜开孔是否具有降频作用进行实验研究。 经过以上研究,得出以下结论: (1)在脉冲声波冲击下,加挡环后的振膜的受力变形比未加挡环的振膜受力变形小,振膜也就不容易发生撕裂,可起到延长簇波发生器的使用寿命的作用。 (2)经过对振膜的优化分析,结合实际装配尺寸,外径取72mm,厚度取2mm中心开孔直径取28mm时候为最优。 (3)由于动态电感的影响,回路中的电流幅值和衰减时间均有减小,由于电流是交变的电流,最终输出的振膜变形在不同时刻是不同的,且在同一个时刻的振膜不同位置振幅也不同,从而产生不同频率的声波向外辐射。 (4)簇波发生器在低频部分没有指向性,中频部分指向性较好,高频部分指向性较差,集装箱有效激振频段为中频部分。 (5)经过实验测试,验证了簇波发生器充电电源伏值为2000V时,最大声压级能达到159dB,满足箱体检测的强声要求。对振膜进行开孔能够起到降低频率的作用。

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