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,基于超声导波法对地网损伤,点的定位研究,指导老师：文习山,小组成员：姜一鸣,郭紫昱,陈文广,王健,黄莹,汇报内容,立项背景,项目方案,可行性分析,预研阶段成果,项目创新点,项目安排,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,1,页共,28,页,立项背景,由于接地网的导体埋设在地下,容易被土壤中的酸性物质腐蚀,严重威胁人身和设备安全,（,1,接地网腐蚀,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,2,页共,28,页,立项背景,怎么解决,？,测接地电阻,无法定位、具有盲目,基于电路理论和电磁场理论的参数识别法,得到的是关于节点电位的欠定方程，不能得到精确解,易受引下线电阻的影响,有源诊断对于弹药库等防火级别高的场所不适合,（,2,地网检测,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,3,页共,28,页,一种全新的解决思路：,超声导波法,能够对损伤点准确定位,采用机械探伤为一种无源检测法,立项背景,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,4,页共,28,页,立项背景,1.,超声波,超声波是频率大于,20KHz,的机械波，具有穿透性强，对人体伤害小等优点,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,5,页共,28,页,立项背景,2.1,超声导波（,Ultrasonic guided wave,）理论简介,超声波沿着波导传播形成超声导波,特点：波沿着波导传播，易于控制，传播过程中损失小，传播距离远。,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,6,页共,28,页,立项背景,2.2,超声导波的特征,多模态,纵向模态：圆柱体的各个单元作伸展和收缩运动，但,不会出现轴线的横向位移,，轴对称的模态,。,扭转模态：圆柱体的每个横截面都保持原来的平面不变，并围绕它的中心旋转，,其轴线未被扰动而保持原状,，轴对称的模态,弯曲模态：圆柱体,轴线的各单元作横向运动,，模态,F(n,m),被认为是非轴对称的,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,7,页共,28,页,2.2,超声导波的特征,频散,立项背景,超声导波波速随着频率的变化而变化称之为频散，可以通过求解纳维叶（,navier,）位移平衡方程得到,频散曲线图,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,8,页共,28,页,立项背景,2.3,超声导波检测方法,超声导波检测由于有,衰减小,，,传播距离远,的特点，可以在一点激发和接收超声导波，进行长距离检测，根据回波特征确定损伤点的位置,。,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,9,页共,28,页,项目方案,技术路线图,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,10,页共,28,页,Ansys,仿真,物理模型建立,网格划分,施加位移载荷,后处理,项目方案,1.Ansys,仿真,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,11,页共,28,页,项目方案,2.,装置构建,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,12,页共,28,页,2.1,大功率高频电源设计,超声导波为高频率波，为了使得传感器能够在高频下获得足够的能量，激发出大功率信号，必须设计出大功率高频电源。,正弦波信号,汉宁窗,功率放大器,核心,项目方案,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,大功率高频电源是用于激发超声导波的能量来源,第,13,页共,28,页,2.3,传感器设计,项目方案,传感器设计,换能器的选择,探头的分布设计,传感器的外形设计,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,14,页共,28,页,项目方案,2.2,软件系统设计,软件系统设计,主程序设计,信号发生,波形诊断,界面设计,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,15,页共,28,页,可行性分析,超声导波特别适合于管状、柱状、板状构件的检测，在管道检测中，国内外均已经有了较为成熟的理论,可以全面检测，既可以检测构件的内部缺陷也可以检测构件的表面缺陷并且可以选择不同模式导波检测不同类型的缺陷,检测方便，只需要在一点激发和接受超声导波，不必逐点检测,传播距离远，可达几百米,1.,超声导波对于地网检测的优点,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,16,页共,28,页,目前对于管道检测已经有较为成熟的理论，有一定的借鉴性,小组成员在指导老师的带领下分别赴,中国特种设备研究院（武汉）,和,海军工程大学,进行,实地参观,，发现超声导波对于柱状和板状构件有检测有很大的发展前景,2.,前人研究基础,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,可行性分析,第,17,页共,28,页,预研阶段成果,预研阶段小组成员利用暑假时间，按照上述项目方案完成了以下工作，进一步明确的项目的可行性。,1,）,Ansys,仿真,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,18,页共,28,页,预研阶段成果,2,）大功率高频电源设计,目前该部分已经完成高频功率放大器电路仿真，从理论上验证了方案的可行性,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,19,页共,28,页,仿真结果,预研阶段成果,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,当,信号发生器发出频率为,5.85MHz,，有效值为,99.8mv,，经放大后可以达到峰峰值为,20V,的电压值而且没有失真,第,20,页共,28,页,预研阶段成果,3,）软件界面设计,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,21,页共,28,页,1,）软件界面设计,预研阶段成果,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,22,页共,28,页,1,）软件界面设计,预研阶段成果,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,23,页共,28,页,项目创新点,国内外首次将超声导波应用于地网检测,紧跟国际研究前沿,超声导波在很多领域已经有应用，但在电力系统很少,现有检测地网方法碰到技术瓶颈，难于突破,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,24,页共,28,页,时间,安排,2011.9,完成项目申报，进一步丰富超声导波以及接地网方面相关理论知识,2011.10-2011.12,计算频散曲线，选择合适的导波模态,2012.1-2012.2,完成,Ansys,仿真,2012.3-2012.7,实验装置构建,2012.8-2012.11,实验，采集实验数据,2012.12-2013.2,实验结果分析、改进实验方案,2013.3-2013.4,总结，完成报告,项目安排,在接下来的时间里，我们准备按照项目方案继续探索，制定如下计划：,1.,项目计划,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,25,页共,28,页,姓名,黄莹,郭紫昱,王健,陈文广,姜一鸣,分工情况,主要负责软件界面设计以及程序编写,主要负责数据采集电路设计以及传感器设计,负责大功率高频电路的设计，以及超声导波理论研究,负责有限元仿真分析以及接地网理论研究,全面负责团队协作,人员安排,2.,人员安排,1.,立项背景,2.,项目方案,3.,可行性分析,4.,预研阶段成果,5.,项目创新点,6.,项目安排,第,26,页共,28,页,序号,项,目,经费（元）,备,注,1,实验台制作费,5500,自己设计，外委包料加工,2,检测系统制作费,14000,包括制作传感器，信号调理器、数据采集卡，购买光电编码器，,3,材料费,8000,大功率放大器的的元件,4,材料费,2500,购买接地网圆钢与扁钢,5,工具,1400,购买夹具等工具,6,学术会议费,2000,拟参加国内学术会议,2,人次，每人次,1000,元,7,差旅费,3000,拟调研,3,人次，每人次,1000,元,项目安排,3.,经费预算,第,27,页共,28,页,谢谢大家！,第,28,页共,28,页,
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