基于远场涡流的平板探头设计与缺陷识别研究

远场涡流检测(RFECT)技术解决了涡流检测技术趋肤效应的固有缺陷,与其他电磁无损检测技术相比较,其在检测和表征深层隐藏缺陷方面展现出其巨大优势。针对远场涡流探头体积大、检测深度小的问题,本文设计了一种用于板材缺陷检测的新型远场涡流探头,探头最长边为7cm左右,可以检测15mm厚的铁磁性平板。通过有限元仿真对探头屏蔽结构的材料和组成进行了比较分析,得出了探头的最佳设计方案。通过缺陷检测实验验证了该探头的检测效果。对检测信号的缺陷识别和定量进行深入分析,结果显示,探头检测信号的相位与缺陷深度为二次函数关系,因此能够借助于检测信号的相位进行缺陷深度的定量分析。该探头在压力容器和管道埋藏缺陷的在役检测中具有十分广阔的应用前景。     

基于磁场测量的脉冲远场涡流非磁性平板仿真

为解决在脉冲远场涡流检测中检测线圈体积较大、控件分辨力低且在低频域灵敏度差的问题,通过有限元仿真,对不同位置不同深度的缺陷进行了基于磁场测量的脉冲远场涡流检测非磁性平板仿真。结果表明:在对激励线圈施加屏蔽后可以实现远场涡流效应,当缺陷位于激励线圈与二维节点中间时,检测效果最好,并且缺陷深度与磁通密度差分幅值密切相关,且具有良好的线性关系,可以实现对缺陷的定位及定量分析。     

单向碳纤维复合材料远场涡流检测伪峰识别方法研究

针对单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测存在的伪峰干扰问题,在分析远场涡流检测信号伪峰产生机理及伪峰特征的基础上,提出了利用对称双检测线圈构成远场涡流检测探头进行伪峰识别的方法,建立了利用该探头对单向碳纤维复合材料平板缺陷进行远场涡流检测的仿真模型,借助有限元方法进行仿真计算,得到了五组不同间距缺陷的检测信号,并利用所提出的伪峰识别方法对仿真计算获得的检测信号峰值进行分析识别,结果表明所提出的伪峰识别方法在不同的缺陷分布情况下都可以准确识别出伪峰和实际缺陷对应的真实峰值,从而验证了所提出的伪峰识别方法的有效性及准确性,为单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测的伪峰消除问题提供了解决思路,有效提高了单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测的准确性。     

飞机铆接结构缺陷的远场涡流检测技术研究

飞机机身铆接结构中缺陷的检测评估是目前航空和无损检测领域中的研究难点.远场涡流检测技术因其不受集肤效应的限制从而可以实现对大厚度构件的检测.设计了一种激励线圈带多层屏蔽结构的传感器模型,在非磁性金属平板构件上实现了远场涡流现象.采用旋转式扫描的检测方法对铆接结构中缺陷进行检测,结果表明,检测线圈在经过缺陷正上方时其相位出现极小值,并且该极小值与缺陷深度之间存在线性关系,从而验证了将远场涡流检测技术应用于铆接结构中缺陷检测的可行性.     

基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器设计及缺陷定量评估与分类识别

为了克服传统脉冲远场涡流传感器由于结构的限制带来的激励磁场在空间出现发散、对大壁厚管道检测能力较弱以及难以对缺陷进行准确定位的问题,在分析了脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用仿真与实验相结合的方法,仿真分析了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器的聚磁效果,研究了该传感器对管道轴向内外壁裂纹缺陷的定量评估能力,比较了检测线圈处于不同位置时的缺陷分类识别效果。仿真结果表明,该传感器通过引导磁场的定向传播实现了对磁场的聚集,同时,通过提取适当检测位置的信号负峰值可以实现对缺陷的分类识别。最后,采用实验的方法验证了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器对管道轴向裂纹缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好的实现对缺陷的定量评估。     

基于U形磁导体聚焦探头的脉冲涡流检测研究

脉冲涡流检测技术是检测带包覆层金属构件腐蚀的主要技术之一.本研究提出了一种U形磁导体聚焦探头,通过探头中U形磁导体结构引导磁场使涡流聚集于磁导体探头下方,以避免圆柱形探头的涡流检测盲区.仿真研究了探头激励线圈周围的磁场分布,用于分析磁导体对于磁场的导引状况;同时比较了不同探头提离下试件上感应涡流的聚焦状况用于分析探头对...     

基于远场涡流法的管道缺陷识别的有限元仿真研究

远场涡流(RFEC)法是无损检测的重要方法之一,相对于其他无损检测技术而言更具优势。在基于远场涡流原理的基础上,利用有限元方法对远场涡流现象和二维轴对称缺陷进行了仿真和分析。首先,从麦克斯韦方程出发,对远场涡流进行数学建模,为有限元分析提供理论指导;其次,利用有限元法建立仿真环境,并对远场涡流现象进行二维仿真,借此设计出实验装置并确定了激励参数;最后,对轴向上不同位置、宽度和深度的缺陷进行分类对比仿真,研究了缺陷信号间的相互作用,确定了缺陷量化特征量,优化了缺陷信号。为以后的三维仿真和缺陷位置、尺寸及管道耗损的定量识别提供了理论依据。     

远场涡流检测传感器速度效应仿真分析

为了分析远场涡流检测中传感器运行速度对缺陷响应信号的影响,采用多场有限元方法对远场涡流(RFEC)管道检测技术进行仿真研究.首先使用COMSOL有限元软件建立远场涡流管道检测频域与瞬态仿真分析模型,而后利用该模型对远场涡流检测原理以及传感器运行速度与缺陷响应信号的关系进行研究.结果表明:在采用远场涡流传感器检测管道缺陷时,传感器运行速度和行进方向对检测结果的稳定性有较大影响.当传感器运行速度过大时,缺陷检测信号与激励信号的相位差会出现较大变化;当传感器运行速度在2 m/s以下,且沿着激励线圈指向检测线圈的方向运动,检测效果较理想.     

管道裂纹远场涡流检测正演模型设计

管道远场涡流裂纹缺陷检测的本质是电磁场反演问题,由于先验约束条件的不足,缺陷尺寸的定量检测成为一个无定解的不适定问题。提出了一种基于BP神经网络学习算法的管道远场涡流检测正演模型的设计方法,通过对轴对称缺陷管道模型的仿真研究,提取出与缺陷尺寸显著相关的关键磁场特征量,实现了从管道裂纹缺陷尺寸空间到磁场信号特征空间的非线性定量映射。经测试,正演模型对远场涡流特征信号具有良好的逼近精度和推广能力,可为管道轴对称裂纹缺陷的定量反演评估提供有效的先验知识和约束条件。     

深层缺陷涡流磁芯检测探头的性能优化

为了提高涡流探头对厚壁结构中深裂纹的检测能力,使用数值仿真方法研究了涡流探头的磁芯材料、尺寸、形状以及激励频率、检测线圈位置等参数对涡流渗透深度的影响,分析比较了其中典型参数的影响效果,并基于分析结果对探头性能进行了优化,提出了两类带磁芯的涡流探头,数值仿真结果及实验表明。本文所提出的带磁芯的涡流探头,可有效提高涡流的渗透深度。     

一种涡流检测探头响应与缺陷大小的关系研究

为了实现涡流无损检测的定量评估,设计了一种直接测量涡流磁场的涡流检测探头,该探头包含两个激励线圈和一个检测线圈.通过有限元法建立三维涡流仿真模型,对比研究导体内有无圆柱形缺陷时涡流的分布情况以及检测线圈响应的变化量.仿真结果显示,当导体内存在圆柱形缺陷时,涡流密度会集中分布在缺陷的侧面区域并且其大小会增加;检测线圈中响应的变化量与缺陷体积之间的关系满足两个指数函数的线性组合,对于体积较小的缺陷,检测线圈中响应的变化量与缺陷的体积近似成正比关系.实验结果验证了导体内存在小体积的缺陷时,检测线圈中响应的变化量与缺陷的体积之间的近似正比关系,证明了该结构的探头可以用于对缺陷的定量研究.     

平板导电结构缺陷脉冲涡流和超声复合检测方法

面向平板导电结构不同深度缺陷检测需求,针对脉冲涡流和超声单一检测方法能力受限,即脉冲涡流对深层缺陷检测能力降低与超声对表面和近表面缺陷检测效果不佳的问题,提出利用两传感器信息互补的Dempster-Shafter(D-S)证据理论复合检测方法.针对脉冲涡流和超声两种检测方式适用检测区域不同而引起的证据冲突问题,研究加权分配方法加以解决.对于单传感器检测过程中可能存在误报情况的问题,研究将实际误报率考虑在内的贝叶斯推理方法以求得单一传感器检测结果的基本概率分配函数并作为D-S证据.将带有不同深度缺陷的平板导电结构作为实验对象,通过单一传感器检测、贝叶斯估计、D-S证据理论方法进行不同深度位置的缺陷检测,结果表明,使用引入加权分配的D-S证据推理方法时,缺陷检测准确性和检测范围均有所提高.     

铁磁性套管脉冲远场涡流检测激励参数优化

利用脉冲远场涡流检测对于铁磁性双层套管腐蚀缺陷的检测优势,针对双层套管内管外壁、外管内壁和外管外壁三处腐蚀缺陷,就激励参数变化对于系统灵敏度影响程度进行了研究,通过仿真和实验手段选择最佳激励参数,实现了脉冲远场涡流检测系统的参数优化,并弥补了前期缺少相关研究的不足.     

柔性探头涡流检测复杂曲面结构缺陷的研究

建立了柔性探头涡流检测有、无缺陷复杂曲面导体的电磁场模型,仿真并分析了有、无缺陷情况下柔性探头的电压和阻抗变化,结果表明电抗信号对缺陷变化灵敏.设计了适用于复杂曲面结构缺陷检测的柔性探头和检测系统,该系统采用阻抗平面分析方法提取电抗信号进行缺陷分析.     

基于GMR传感器的电涡流检测系统关键技术研究

设计了一种基于巨磁电阻（GMR）的新型电涡流探头及其检测实验系统,重点阐述了系统的工作原理、系统各部分所采用的关键技术及设计中需注意的问题,并对多层铝板试件进行了检测实验研究。实验结果表明：设计的GMR电涡流探头在多层导电结构深层缺陷检测时,与相应的线圈式探头相比,具有更高的灵敏度和更强的深层缺陷检测能力。     

压力管道缺陷电磁超声/脉冲涡流复合检测方法研究

针对压力管道内、外壁缺陷快速检测的需求，根据电磁超声/脉冲涡流复合检测原理，研究压力管道深层和表层缺陷同步检测方法。首先，利用有限元仿真软件建立电磁超声/脉冲涡流复合检测模型，研究复合式探头的检测原理；接着，研究深层及表层缺陷对电磁超声/脉冲涡流复合信号的影响规律和信号分离方法；最后，制作电磁超声/脉冲涡流复合式探头实物，并对带有深层和表层缺陷的压力管道试件进行试验测试。试验结果表明：论文研究的复合检测方法能够从管道外部有效检出压力管道外表面宽1 mm、深2 mm裂纹和管道内壁2 mm厚度减薄缺陷，弥补了两种检测技术单独使用时存在缺陷检测盲区的不足，且具有较高的检测精度。该检测方法经过进一步优化有望用于压力管道表层和深层缺陷同步快速检测。     

碳纤维增强复合平板新型涡流探头的仿真与试验研究

针对碳纤维增强复合材料平板断丝缺陷开发了一种新型涡流探头,采用激励线圈与检测线圈中心轴线相互垂直的独特设计弱化主磁场干扰,并以仿真数值分析方法证明了设计方式的优越性;研制探头,建立检测系统,并开展试验进行表面缺陷与隐藏缺陷的初步研究。结果表明,设计开发的涡流探头可以极大的提高传感器的灵敏度。此外,与仿真结果一致,此传感器对材料板表面缺陷具有很强的敏感性,而且能有效检测碳纤维增强复合材料板埋深2 mm^4 mm的隐藏损伤。     

铁磁性材料深层缺陷检测的涡流探头仿真优化与设计

本文设计了一种新型双激励电磁涡流探头,对不同深度下的感应涡流进行局部差分,提高缺陷附近的涡流密度,从而提高探头对深层缺陷的灵敏度,可检测深度提高2倍以上,实现了对铁磁性材料深层缺陷的检测。通过COMSOL有限元软件对本文设计的探头整体结构及尺寸参数进行了优化分析,结果表明将大小不同的双线圈布置在同一水平面的探头结构检测效果最好。模拟结果表明,在对铁磁性材料深层缺陷进行检测时,优化后的新型探头比传统探头检测效果提高了4-13倍。使用新型探头进行了缺陷检测实验,实验结果表明新型探头可以有效检测出45钢及Q235板件3mm深处的缺陷,当缺陷长度为10mm时,两种材料下新型探头的检测信号分别达到了0.02V和0.022V,初步验证了探头对铁磁性材料深层缺陷的检测能力。     

一种新型相移场探头改变导体涡电流分布的理论验证

涡流检测方法广泛应用于导电材料的缺陷检测和无损评价中。受趋肤效应的影响,常规涡流检测法通常只能检测导体表面缺陷。有学者提出了一种相移场探头,并通过实验验证了该探头在满足一定激励条件时,可以达到抑制导体表面涡电流密度,而增加导体深处涡电流密度的效果,从而可以检测导体更深处缺陷。但该结论仅有实验结果,还没有理论方面的验证。本文采用解析方法研究了该相移探头与导体的相互作用,推导出导体中涡电流分布的精确理论表达式,然后分析相位、激励频率对涡电流分布的影响,并计算了导体不同深度涡电流密度分布。从理论上验证了该探头设计及激励方法具有改变导体涡电流密度分布,增加导体深处涡电流密度的效果。     

基于隧道磁电阻传感器的脉冲涡流无损检测

目前航空工业多采用铝合金部件,由于航空工业的量轻化等需求导致对铝合金件强度保持有较高的要求,因此对结构材料缺陷的检测尤为重要。为此文章设计了一种基于隧道磁电阻(Tunnel magnetoresistance, TMR)传感器的脉冲涡流无损检测系统方案,对铝合金缺陷参数与被测信号波形的关系进行了研究。首先使用有限元仿真软件COMSOL建模并获取仿真实验数据,证明了脉冲涡流无损检测应用于铝合金材料的可行性;其次,应用仿真结果指导探头设计,进而设计出检测系统,采取实物实验结果与仿真建模分析结果进行对比的方法,实验验证了检测系统的准确性、可靠性和在工程应用中的可行性;最后分析和讨论了缺陷宽度和缺陷深度的无损检测结果。为TMR传感器工程应用确立了实验基础。