基于超聲波的壓力測量模型研究.pdf

1、壓力容器在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)很多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用，為了使其安全、正常運行，對于其內(nèi)部壓力的檢測至關(guān)重要。傳統(tǒng)的壓力測量方法往往需要進行開孔等可能破壞容器完整性的操作。非介入式壓力檢測方法具有安全、便攜等優(yōu)點，應(yīng)用前景良好。
　　基于超聲波的非介入式壓力檢測，其主要的理論基礎(chǔ)是聲彈性效應(yīng)和薄殼理論。在對相關(guān)領(lǐng)域的文獻和成果的研究基礎(chǔ)之上，本論文建立了基于臨界折射縱波、反射縱波的線性和非線性壓力測量模型，對模型的波形選擇進行了研

2、究，并對各個模型進行了分析和比較。本論文的主要研究成果和創(chuàng)新之處在于:
　　(1)提出了基于最佳子集回歸和逐步回歸算法的多變量壓力測量模型輸入波形的選擇方法。之前多變量壓力測量模型輸入波形的選擇只是簡單的根據(jù)輸入波形的區(qū)分度和信噪比。用于建立模型的波形的選擇至關(guān)重要:一方面，越多的解釋變量更多的自變量可以使信息更加完整、全面，使預(yù)測更加精確，但也可能造成“過擬合”的現(xiàn)象，同時需要估計的參數(shù)個數(shù)增加會導(dǎo)致方差提高;另一方面，過少的解

3、釋變量可能造成“欠擬合”的現(xiàn)象，預(yù)測準確度降低。本文將最佳子集回歸和逐步回歸算法應(yīng)用于輸入信號波形的選擇，可以建立更優(yōu)、更符合選定準則的模型。
　　(2)針對線性壓力測量模型精度不高的問題，提出并建立了基于臨界折射縱波、反射縱波的非線性壓力測量模型。根據(jù)聲彈性效應(yīng)和薄殼理論，壓力與臨界折射縱波、反射縱波呈線性關(guān)系，但實驗數(shù)據(jù)表明在某些壓力范圍內(nèi)，二者存在非線性關(guān)系。本論文嘗試使用非線性方法進行建模，包括將傳播時延的二次項加入測量模

4、型以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測量模型，實驗結(jié)果表明，非線性壓力測量模型比線性壓力測量模型的測量精度更高，非線性模型中基于BFGS神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型測量精度最高。
　　(3)對超聲波在容器壁中的傳播過程的信號幅值變化機理進行了理論分析。超聲波從發(fā)射探頭到接收探頭傳播過程中，由于反射、折射等會引起波型轉(zhuǎn)換和能量分配，另外，在傳播過程中由于散射、擴散和吸收也會引起能量的衰減，綜合表現(xiàn)為幅值的變化。為了確定合適的探頭間距，以獲取信噪比更高的波形，本論