基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性. 结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.      

基于脉冲激励的远场涡流检测机理及缺陷定量评估技术

脉冲激励信号包含非常丰富的频谱成分,以脉冲激励代替传统的正弦激励为克服远场涡流技术的不足提供了新的解决途径。在分析了脉冲激励下远场涡流检测机理的基础上,仿真分析了激励线圈和管道周围磁场和涡流的分布,得到了检测线圈处于不同场区时瞬态检测信号的变化规律,确定了远场区的范围。并从检测信号中提取了过零时间作为缺陷定量的特征量。最后,采用实验的方法验证了脉冲激励下的远场涡流技术对管道中轴向裂纹缺陷长度和深度的定量检测能力,实验结果表明该技术可以很好的实现对缺陷的定量评估。     

带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测

为提高脉冲涡流检测技术在检测包覆层下铁磁性金属管道局部腐蚀时的灵敏度,从仿真和实验两个方面对探头设计进行了研究.采用反向联接结构的双线圈作为激励源,达到线圈电流不过大而磁场能够在局部得到聚焦增强的目的.采用有限元仿真比较了单线圈和双线圈激励时磁场及涡流的分布情况和对局部腐蚀型缺陷的检测灵敏度,并进行了系列检测对比实验.仿真与实验结果相一致,表明使用反向联接双线圈激励探头对带包覆层管道局部腐蚀类缺陷进行脉冲涡流检测可以达到远高于单线圈激励检测的灵敏度.本研究可为带包覆层金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测探头设计提供参考.     

脉冲涡流无损检测提离效应研究

在脉冲涡流检测过程中,由于探头倾斜或被测对象表面不光滑会产生提离效应,提离效应严重影响着脉冲涡流无损检测的结果。本文在分析脉冲涡流检测技术工作原理的基础上,采用ANSYS有限元仿真软件建立了激励线圈为圆柱形和矩形两种结构的模型,并分别针对有裂纹缺陷的铁磁性(钢)和非铁磁性(铝)试件进行了仿真研究,通过分析试件中感应涡流和扰动磁场的变化,给出了不同情况下检测信号随提离变化的规律,并从原理上给出了解释。最后,通过实验的方法对仿真结果进行了验证,实验结果表明了仿真结果的正确性,从而为进一步的消除提离效应提供了有价值的参考依据。     

基于新型脉冲涡流传感器的裂纹缺陷定量检测技术

传统脉冲涡流检测技术采用反射型传感器,其通过一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,采用检测线圈或霍尔传感器来检测扰动磁场,然而由于激励磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,使得这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度不高,需采用差分的方法来增强缺陷信息.提出了一种新型脉冲涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励场的空间分布,使得无需差分就可以对缺陷进行定量.在分析该新型脉冲涡流传感器检测原理的基础上,采用仿真和实验相结合的方法研究了其对裂纹缺陷长度和深度进行定量的效果,仿真与实验结果相一致,证明了该传感器的有效性.     

脉冲涡流热成像检测金属缺陷的激励参数研究

针对脉冲涡流热成像检测中激励参数选择难的问题,提出了一种激励参数优化选择方法。利用COMSOL4.4仿真软件建立金属铝材料裂纹缺陷检测的脉冲涡流热成像仿真模型,研究提离高度、激励频率、渗透深度、激励电流、加热时间等激励参数下裂纹缺陷的脉冲涡流热特性,分析不同激励参数脉冲涡流作用下的裂纹缺陷周边温度场分布与变化规律,给出相应的最优激励参数。实验结果表明,实验仿真结果与理论分析一致,可为检测系统设计提供参考。     

脉冲涡流检测中参数影响的仿真分析与实验研究

脉冲涡流检测过程中传感器尺寸及激励参数对检测结果影响较大,对其进行优化设计可提高检测系统的性能。在分析矩形脉冲涡流传感器工作原理的基础上,采用ANSYS仿真软件建立了脉冲涡流的仿真模型,仿真分析了传感器尺寸变化对铝板中涡流衰减规律的影响,激励脉冲频率和占空比变化对缺陷检测灵敏度的影响,仿真结果表明:当激励线圈长度增加时,涡流在铝板中的衰减速度变慢,而当激励线圈宽度和高度增加时,涡流在铝板中的衰减速度变快;激励频率与占空比对缺陷检测灵敏度的影响与被测试件厚度有关,对于厚度较大的板材,应适当降低激励频率并提高占空比。最后采用实验的方法对仿真结果进行了验证,实验与仿真结果相一致,证明了仿真结论的正确性。     

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

铁磁屏蔽对脉冲涡流检测的影响机理

针对脉冲涡流进行缺陷检测经常受到激励磁场和背景磁噪声干扰的问题,提出对缺陷处进行铁磁屏蔽的方法。在脉冲涡流检测中的磁屏蔽理论分析基础上,建立了脉冲涡流检测的有限元仿真模型。仿真表明:对于铁磁性构件,铁磁屏蔽能够使感应涡流尽可能地分布在缺陷附近,该措施减弱了检测信号的幅值,但对于不同深度的缺陷能够更好的辨别,能有效提高缺陷检测的灵敏度。根据有限元仿真结果,制作了铁磁性材料的磁屏蔽罩。实验表明:在铁板的表面,铁磁屏蔽能有效提高其检测信号灵敏度,而在铁板亚表面,灵敏度获得的提升较小。     

脉冲涡流检测集总参数模型

针对已有脉冲涡流集总参数模型的不足,建立了具有一般性的脉冲涡流集总参数模型.首先将导体试件中的脉冲涡流场等效为一簇沿深度方向排开的同轴等半径的涡流环;然后建立了涡流随时间和空间分布的偏微分矩阵方程,推导了涡流回线的电阻、自感与互感计算公式;接着阐述了系统矩阵的特征值和特征向量的物理意义;最后使用有限差分法求解了模型实例的矩阵方程,并进行了实验验证.该模型推导、求解简单,适用于任意厚度的被测试件,能准确地模拟瞬态涡流场的扩散过程,也能预知试件厚度变化时线圈感应电压的变化情况.     

管道磁聚焦瞬变电磁技术设计与实现

为克服瞬变电磁法检测埋地管道时局部腐蚀分辨率低、抗干扰能力差的缺点,利用磁信号聚焦技术对其进行改进。首先,给出矩形载流线圈磁场空间分布的计算公式;并利用改进的遗传算法对线圈阵列进行了设计。根据实际检测需求,设计了一种由三线圈组成的阵列。仿真结果表明阵列60%以上能量聚集于半径0.5 m的圆形区域内。阵列激励磁场测量结果表明,其聚集斑半径小于0.7 m,与传统瞬变电磁检测仪相比极大提高了管道局部腐蚀分辨率。     

油气管道涡流变形检测探头研制

针对传统的管道变形内检测探头环向检测面积较小的问题,在磁旋转编码检测技术的基础上,结合电涡流检测技术,研制了一种涡流变形内检测探头。文中首先介绍了电涡流管道变形检测的理论基础,设计了管道涡流变形检测探头的机械结构及电路系统,利用有限元方法得到探头与被测件距离d的增加引起传感器输出电压峰值信号呈现非线性减小的变化规律,同时研究了激励信号峰值和激励线圈内径变化对d值检测的影响。后进行实验验证,结果表明基于电涡流检测技术的管道变形检测具有可行性,实验测量精度达到1mm。该检测探头的研制对于提高管道变形内检测环向检测精度、降低检测成本具有一定的意义。     

多参量超声相控阵技术的研究进展

超声相控阵结构健康监测在大部分结构较为复杂的缺陷检测中是一个极具应用前景的检测技术,它通过计算激励信号的时间延迟而改变波束偏转角,实现对结构的多方位扫描,并通过扫查图像获得检测结果。研究表明,该方法产生的超声波在工件损伤处的聚焦效果尤为明显,缺陷信号能量显著增强,可有效提高信噪比。主要就超声相控阵技术使用过程中,换能器指向性的影响因素和阵元数与聚焦深度之间的关系进行综述;在此基础上,针对复杂结构存在的缺陷检测问题进行常规无损检测与相控阵检测对比分析,详细阐述了相控阵的优势与不足,为更好地辨识由相关因素造成的不良缺陷提供理论基础,并为后续研究指明方向。     

预应力高强度混凝土管桩钢筋断裂远场涡流法数值分析

针对管桩预应力钢筋断裂检测的难题,选取PHC450(95)管桩建立三维电磁场有限元模型,基于远场涡流检测原理分析激励线圈在管内外不同钢筋断裂工况下磁场信号的变化规律,探究合理的激励线圈、检测线圈布置方式和有效的磁场检测指标。结果表明:激励线圈在管内管外,磁感应强度径向分量、轴向分量的相位均可作为钢筋断裂的检测指标;激励线圈在管内,磁感应强度径向分量、轴向分量的幅值可检测是否有纵筋断裂;激励线圈、检测线圈靠近钢筋断裂环向位置才能检测到相对明显的磁场信号变化。可见,应用远场涡流法检测管桩钢筋断裂情况是可行的,为实际检测装备的研发工作奠定基础。     

基于天底点的散射回波信号处理算法

针对基于速度选通雷达高度表在森林等纯散射地面无法工作的问题,在深入分析纯散射地面回波信号模型及回波功率分布特征的基础上,提出了基于天底点的散射回波信号处理算法.该算法通过检测天底点附近回波中的多普勒和相位信息,进行相应补偿后获取回波中的二相编码信息,对所得二相编码信号进行相关处理后通过检测其峰值实现高度测量.仿真结果表明,该算法能够有效解决雷达高度表在森林等纯散射地面无法工作问题.     

一种新的四元阵列融合声源识别方法

针对声源识别中观测模型线性化误差,信号特征参数提取依赖于经验分析阈值判断而造成信息丢失的问题,本文从信号观测模型、预处理、特征提取与分类识别、半实物仿真试验等方面,提出了一种新的四元阵列融合声源识别方法。首先在系统坐标系下建立了四元阵列有色噪声环境下的观测模型;其次基于EMD理论,给出了四元阵列EMD融合算法,有效抑制了高频信号的干扰;再次基于MFCC-DTW方法,设计了阵列信号特征提取与分类识别算法;最后通过半实物仿真试验,并与相关研究基础对比,分别验证了本文提出的EMD融合算法及阵列信号特征提取与分类识别算法的有效性。     

基于霍尔元件阵列的缺陷漏磁检测技术研究

利用高灵敏度霍尔器件,设计研制了多通道阵列式漏磁检测传感器及信号处理电路.对不同几何参数的铁磁性试件缺陷进行了检测实验研究,该漏磁检测系统可实现地磁场激励和人工弱磁激励下的缺陷信号图像显示.探讨了基于多通道漏磁信号的缺陷表示方法,并利用人工神经网络技术对基于多通道传感器漏磁信号的缺陷反演问题进行了初步研究,表明利用霍尔元件阵列检测装置和人工智能信息处理方法,可以实现多通道漏磁信号与缺陷参数的非线性拟合,进而实现漏磁检测中的缺陷定量化分析.     

矩形阵列涡流传感器设计与实现

提出一种单激励发射接收式阵列涡流传感器模型。在对该传感器进行原理分析的基础上,通过有限元仿真分析及实验验证了该阵列涡流传感器在扫描铝板表面及下表面裂纹过程中9个检测线圈对裂纹长度进行定量的能力;并且采用聚类分析方法对9个检测线圈按灵敏度进行分类。再通过对各个检测线圈的检测数据进行数据融合,减小误差,提高了该阵列涡流传感器的检测精度。