風電葉片脫層損傷的聲振檢測技術研究

【摘要】：對風力發(fā)電設備進行無損檢測是增加其壽命、降低維護成本的有效手段，在葉片的壽命期內及早的發(fā)現葉片存在的損傷，尤其是脫層損傷變得極為重要。 本文首先論述了葉片在其壽命周期各個階段出現脫層損傷的類型，并綜述了國內外針對復合材料無損檢測所使用的方法；然后對聲振法進行了理論建模分析，確定了可以表征脫層缺陷信息的特征參數，并以此作為檢測儀器設計的基礎。 論文論述了基于FPGA的風電葉片脫層損傷檢測儀的工作原理。通過敲擊錘激振葉片，對錘內力傳感器所獲取的信號進行特征分析，當葉片出現脫層時，缺陷處剛度下降，敲擊力持續(xù)時間增大。 儀器的制作包括敲擊錘的制作、硬件電路設計和軟件設計三個部分。敲擊錘的設計在考慮材料屬性和質量要求后選擇尼龍錘頭，鋼鐵錘身的結構，并將壓電薄膜傳感器內嵌在錘頭內。硬件電路的設計包括阻抗匹配、極性轉換電路和濾波放大電路，將所得的信號分別輸入數字信號處理模塊和模擬信號處理模塊。系統(tǒng)的核心器件為Altera的FPGA，對其軟件部分的設計包括兩個方面，一是數字邏輯模塊，用來直接對力信號的持續(xù)時間進行檢測，整個模塊可直接作為后續(xù)SOPC系統(tǒng)的外設部件；二是SOPC系統(tǒng)的搭建，主要實現數據的采集、分析、顯示和通信等功能。 本文最后利用所研制的損傷檢測儀對標準試件和實際損傷葉片進行了實驗研究。實驗數據顯示，此儀器對薄層的脫層損傷具有良好的檢測效果，并可依據檢測結果的變化趨勢規(guī)劃脫層檢測路徑。 【關鍵詞】：風機葉片 脫層 聲振法 敲擊錘 FPGA SOPC
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM315;TG115.28
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13
• 1.2 風電葉片及其脫層損傷概述13-16
• 1.3 國內外葉片損傷檢測研究現狀16-19
• 1.4 本文工作內容19-21
• 1.4.1 主要工作內容和創(chuàng)新點19-20
• 1.4.2 論文的結構安排20-21
• 第二章 聲振法的理論分析21-28
• 2.1 敲擊法簡介21
• 2.2 整體敲擊法和局部敲擊法21-22
• 2.2.1 整體敲擊檢測法22
• 2.2.2 局部敲擊檢測法22
• 2.3 局部敲擊檢測理論和相關檢測特征22-26
• 2.4 基于 FPGA 的脫層損傷探測儀總體設計和功能說明26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第三章 基于 FPGA 的脫層損傷探測儀敲擊錘設計28-36
• 3.1 傳感器選擇28-30
• 3.1.1 壓電效應28
• 3.1.2 壓電材料28-29
• 3.1.3 SDT_Series 壓電薄膜傳感器29-30
• 3.2 敲擊錘的設計30-35
• 3.2.1 材料的選擇30-31
• 3.2.2 敲擊錘質量 m 計算31-32
• 3.2.3 敲擊錘制作32-35
• 3.3 本章小結35-36
• 第四章 基于 FPGA 的脫層損傷探測儀硬件設計36-51
• 4.1 設計需求分析36-37
• 4.2 調理電路模塊設計37-42
• 4.2.1 自制敲擊錘調理電路37-39
• 4.2.2 RD3數字錘信號調理電路39-40
• 4.2.3 切換開關電路40-41
• 4.2.4 比較電路41
• 4.2.5 A/D 采樣電路41-42
• 4.3 FPGA 電路模塊設計42-50
• 4.3.1 FPGA 簡介42-44
• 4.3.2 FPGA 電源模塊電路44-46
• 4.3.3 外設單元電路46-50
• 4.4 本章總結50-51
• 第五章 基于 FPGA 的脫層損傷探測儀軟件設計51-72
• 5.1 敲擊力脈沖持續(xù)時間的數字模塊設計51-55
• 5.1.1 檢測原理51
• 5.1.2 模塊框架設計51-52
• 5.1.3 基于 Verilog HDL 的程序設計及仿真52-55
• 5.2 FPGA 內核 Nios II 的軟件設計55-70
• 5.2.1 SOPC 和 Nios Ⅱ簡介55-56
• 5.2.2 系統(tǒng)開發(fā)流程56-57
• 5.2.3 SOPC 系統(tǒng)平臺搭建57-65
• 5.2.4 Nios Ⅱ軟核處理器程序設計65-70
• 5.3 FPGA 軟件設計綜合70-71
• 5.4 本章總結71-72
• 第六章 儀器制作和實驗研究72-81
• 6.1 基于 FPGA 的脫層損傷探測儀制作72-73
• 6.1.1 損傷探測儀結構介紹72-73
• 6.1.2 儀器功能介紹73
• 6.2 標準試件制作73-75
• 6.2.1 玻璃鋼脫層試件制作73-74
• 6.2.2 PVC 芯材脫層試件制作74-75
• 6.3 試件實驗分析75-79
• 6.3.1 同深度不同直徑敲擊實驗75-76
• 6.3.2 同直徑不同深度敲擊實驗76-77
• 6.3.3 脫層平面區(qū)域的敲擊實驗77-78
• 6.3.4 PVC 芯材脫層試件敲擊實驗78-79
• 6.4 損傷葉片構件實驗分析79-80
• 6.5 本章總結80-81
• 第七章 總結與展望81-83
• 7.1 全文總結81-82
• 7.2 存在的問題與展望82-83
• 參考文獻83-86
• 致謝86-87
• 在學期間發(fā)表論文和科研成果87

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