基于脉冲涡流技术的柔性平面差分探头设计北大核心CSCD

针对涡流探头对导电材料的表面和内部裂纹检测能力的不足,基于脉冲涡流检测技术设计了柔性平面差分探头,结合脉冲涡流检测的宽频谱和柔性平面差分线圈高信噪比的特点,可以在较大提离下检测表面缺陷以及检测更大埋深的内部缺陷。对铝试件表面及内部缺陷检测进行了仿真与试验研究。仿真结果表明柔性平面探头产生的涡流能够有效渗透至试件底部,缺陷造成的涡流扰动产生时间随缺陷深度增加而增大。检测信号的电压峰值大小与峰值时间仍可用于识别缺陷深度,时间剖面曲线的正负相反峰波形信号特征可用于识别裂纹。实验结果表明柔性平面探头能够检测8.55 mm提离下的表面裂纹以及无提离下埋深4.8 mm的内部裂纹。同时,检测电压信号峰值对不同试件的裂纹深度进行定量,仿真与试验结果一致。     

线圈弯曲角度对柔性涡流传感器缺陷检测能力的影响

采用有限元仿真和实验方法分析了圆形线圈处于不同弯曲角度时,柔性涡流传感器对模拟裂纹缺陷方向角及深度的检测能力变化规律。结果表明:圆形线圈弯曲导致各向均匀涡流场朝单向涡流场转变,无论是工作于自感还是互感检测模式下,柔性涡流传感器对不同方向裂纹缺陷的检测灵敏度均降低。对于90°裂纹,当线圈弯曲角度为30°时,自感和互感模式的检测灵敏度分别下降约7%和45%。线圈弯曲导致传感器对裂纹方向、深度的识别能力随线圈弯曲角度增大而单调下降。相比自感模式,互感模式下柔性涡流传感器对裂纹方向及深度的识别能力更佳。线圈与曲面贴合造成的弯曲对传感器性能的影响不可忽略,在设计柔性涡流传感器时应合理选择弯曲角度范围。     

绝对式科赫分形平面涡流传感器裂纹检测性能研究

针对传统涡流传感器会忽略特殊方向短裂纹的缺点,提出了一种绝对式科赫分形平面涡流传感器,其激励线圈和信号 拾取线圈均采用基于分形自相似理论的科赫雪花曲线。 首先,对具有相同尺寸的科赫和圆形传感器进行有限元分析。 然后,针 对不同长度、方向、宽度和深度的裂纹,对比分析两种传感器响应信号的差异。 最后,搭建实验系统对有限元分析结果进行验 证。 研究结果表明,对于不同长度、方向和宽度裂纹的探测,有限元分析结果与实验结果定性一致;在 3 和 5 mm 长的裂纹检测 中,科赫传感器输出信号变化量比圆形传感器至少高出 40% ;在不同方向裂纹检测中,对于难检测方向的 90°裂纹,科赫传感器 比圆形传感器至少高出 49% ;在不同宽度裂纹检测中,科赫传感器的信号变化量比圆形传感器至少高出 29% ;在不同深度裂纹 检测中,科赫传感器比圆形传感器至少高出 6% ;相对圆形传感器,科赫传感器对短裂纹探测的优势更加显著。 该研究结果对 平面柔性涡流传感器电磁感应结构的设计具有重要的参考意义。     

外穿式集中绕组激励旋转电磁场涡流无损检测系统

本文提出带集中式绕组可方便开合的新型探头设计,实现基于旋转电磁场涡流原理的管件外检测。通过COMSOL有限元模型研究了集中式绕组产生的旋转磁场特征及接收线圈参数对检测效果的影响,仿真结果表明集中式绕组可产生适于管件外壁缺陷检测的旋转电磁场,匝数较多、紧贴管道外壁并位于激励线圈端部的圆形线圈可更好地实现畸变信号拾取。构建了外穿式集中绕组激励旋转电磁场涡流无损检测系统,实现了对0.5 mm宽的周向与轴向裂纹检测,测试了系统对不同深度裂纹的识别能力,并利用位于管道外壁0到90°不同位置的裂纹验证了检测系统对裂纹周向定位能力,结果表明研发系统可进行任意方向裂纹的检测和周向定位,为连续管等管状构件的外检测提供一种新的方法。     

基于方向调制涡流热成像的防腐漆下裂纹检测

针对传统涡流热成像检测技术中防腐漆层下金属表面裂纹检测信噪比低的问题,提出一种基于方向调制的涡流热成像裂纹检测方法。首先介绍了方向调制涡流热成像的检测原理,介绍了方向调制检测系统;然后根据方向调制方法的数学模型,分析了该方法的可行性,并通过有限元仿真的方法确定调制频率;最后对0.8 mm漆层厚度下不同尺寸裂纹的实验结果进行分析,并且与大功率脉冲涡流热成像方法的检测结果相对比。实验结果表明:方向调制方法对防腐漆下裂纹检测是可行的,并能够有效提高成像信噪比。     

奥氏体不锈钢涡流阵列C扫成像检测技术的仿真研究与应用

为了解探头设计参数对涡流阵列C扫成像效果的影响和涡流阵列C扫成像检测技术对奥氏体不锈钢材料典型缺陷定性能力,采用CIVA软件仿真方法建立奥氏体不锈钢试样上平底孔、刻槽试样的涡流阵列C扫模型,研究涡流阵列探头的设计参数如探头工作模式、线圈外径和阵列排数对涡流阵列C扫成像的影响,并通过试验分析了裂纹、圆形缺陷等典型表面开口缺陷的涡流阵列C扫成像特征。结果表明,对于涡流阵列探头,绝对发射-接收式工作模式对缺陷方向敏感,不利于涡流阵列C扫成像,而绝对桥式工作模式对缺陷不敏感,有利于涡流阵列C扫成像;涡流阵列探头的线圈外径越小,阵列排数越多,涡流阵列C扫成像的纵向分辨力越小,更有利于涡流阵列C扫成像;奥氏体不锈钢均匀表面对涡流阵列C扫成像技术干扰少,涡流阵列C扫成像技术能够反映表面开口缺陷形状特征,可在一定程度上对表面开口缺陷进行定性。     

面向涡流热成像的双路正交激励电源系统

针对涡流热成像中常规单路激励存在对裂纹方向依赖性强和检测灵敏度低等问题,提出一种双路正交激励电源系统,在试样表面感应出旋转涡流场以满足对任意方向裂纹的热激励。首先阐述了涡流热成像检测原理,在此基础上提出双路正交激励电源系统;然后基于旋转磁场理论引入复合式双U型激励探头结构,利用ANSYS软件对其参数进行优化;最后研制了一套以AVR和FPGA来实现数字锁相环的双路激励电源系统,对其性能进行测试并将其应用于不同走向裂纹的热激励实验中,实验结果表明:该电源系统在涡流热成像中可有效降低对裂纹方向的依赖性和提高缺陷裂纹检测灵敏度。     

钢桥疲劳裂纹几何特征对涡流检测信号影响规律研究

针对常规钢桥面板疲劳裂纹检测手段只能贴合表面进行检测的问题,引入涡流检测方法,实现对钢桥面板表面疲劳裂纹的检测。搭建了涡流检测实验平台,设计研发了涡流检测探头,对不同尺寸疲劳裂纹进行横向扫查,研究了不同长度、宽度和深度特征的疲劳裂纹对检测信号的影响规律。并建立有限元仿真模型,模拟疲劳裂纹扫查过程,验证了钢桥面板疲劳裂纹涡流检测方法的可靠性,为后续疲劳裂纹尺寸精准测量提供依据。实验结果显示：设计的空心圆柱形检测探头能够实现最小尺寸为长度60 mm、宽度0.2 mm、深度5 mm的表面裂纹缺陷的定位检测;检测信号的幅度变化值与裂纹长度、宽度、深度在一定范围内均成正相关,裂纹长度和深度对检测信号影响较大,裂纹宽度对检测信号影响较小。     

高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷定位方法研究

管道内外壁缺陷的有效区分是对缺陷进行有效量化的前提,提出一种基于动生涡流的高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷的定位区分方法,利用涡流磁场与外磁场的耦合作用时内外壁磁场信号的变化差异特征区分缺陷位置。首先建立高速漏磁检测数学模型,分析了涡流分布特点以及涡流磁场与外磁场耦合作用规律,利用有限元方法计算分析不同位置时,耦合作用规律对管道内外壁磁化状态影响及内外壁缺陷漏磁场信号差异特征;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度、不同检测位置处钢管内外壁缺陷区分效果进行实验研究。结果表明,接近磁化线圈位置时,管壁内产生的涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相同、与管道内壁磁场方向相反,在离开磁化线圈位置时,涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相反、与管道内壁磁场方向相同;不同检测位置处,管壁磁场变化规律相反,且速度越快,磁化状态影响受影响程度越大,内外壁漏磁场信号差异特征越明显,高速检测时可有效对管道内外壁缺陷进行定位区分,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

涡流检测焊缝裂纹缺陷的有限元仿真

缺陷的定性/定量分析一直是涡流检测中的难点问题.为了研究裂纹缺陷的尺寸、埋深深度和截面形状对检测结果的影响,基于Maxwell 3D涡流场分析的方法,建立了双线圈传感器的涡流检测模型,重点对工件周围受缺陷扰动的感应磁场分布变化进行了有限元仿真研究.结果表明:通过分析感应磁场分量的变化可以实现裂纹缺陷定性/定量评估,为下一步船舶焊缝裂纹缺陷的在线检测提供了有价值的参考.     

GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens

The usage of eddy current probes (ECP) with a single magnetic field sensor represents a common solution for defect detection in conductive specimens but it is a time consuming procedure that requires huge amount of scanning steps when large surface specimens are to be inspected. In order to speed-up the nondestructive testing procedure, eddy current probes including a single excitation coil and an array of sensing coils present a good solution. The solution investigated in this paper replaces the sensing coils for giant magneto-resistors (GMRs), due to their high sensitivity and frequency broadband response. Thus, the ECP excitation coil can be driven at lower frequencies than the traditional ones allowing defects to be detected in thicker structures.In this work an optimized uniform eddy current probe architecture including two planar excitation coils, a rectangular magnetic field biasing coil and a GMR magnetometer sensor array is presented. An ac current is applied to the planar spiral rectangular coil of the probe, while a set of GMR magnetometer sensors detects the induced magnetic field in the specimens under test. The rectangular coil provides the DC uniform magnetic field, assuring appropriate biasing of the GMR magnetometers of the probe, setting-up the functioning point on the linear region and at the same branch of the GMR static characteristics. The differences on the images obtained for the same specimen for each GMR are reduced if all sensors are biased on the same working point. Elements of the automated measurement system used to inspect the plate under test using the proposed eddy current probe, including a validation procedure based on a 2D template matching algorithm and the corresponding experimental results are included in the paper.     

一种基于远场涡流的管道大面积缺陷定位检测方法

在管道大面积缺陷的远场涡流检测中,由于远场涡流信号两次穿透管壁,远场涡流检测信号会两次出现对应于缺陷的特征响应,第1次响应为峰值信号,第2次响应为伪峰信号。峰值信号可实现管道检测处缺陷的正确定位与定量,而伪峰信号会在管道检测处造成错误的缺陷评估。并且,伪峰信号因为缺陷的形状、大小以及检测线圈尺寸而各异,对于缺陷定位、定量分析的影响亦不同。为了去除伪峰信号,首先采用同轴双接收线圈来获取具有时移关系的2个涡流检测信号,并校正2个检测信号由于检测位置以及其他因素造成的差异;然后,采用维纳去卷积滤波器滤除噪声并移除伪峰信号;最后,通过基于远场涡流的双接收线圈检测仪器,测试具有缺陷的管道。测试结果表明,该方法可行,具有很好的实用性。     

基于脉冲涡流热成像的金属结构焊缝表面裂纹识别方法

针对利用脉冲涡流热成像技术检测金属结构焊缝表面裂纹时,受焊缝区域物理属性以及焊缝表面状态等因素的影响,红外图像中裂纹区域特征信号复杂,缺乏有效的焊缝裂纹识别方法的问题,研究了基于三维温度曲面相似性的裂纹识别方法,提出了裂纹评价指标,并进行了验证。结果表明该方法不仅能有效识别焊缝表面裂纹并对其进行定量分析,而且摆脱了对先验信息的需求,降低了检测成本和复杂度,具有较高的工程应用价值。     

激励电流对脉冲涡流检测的影响研究

在采用脉冲涡流技术进行缺陷检测时,不同激励线圈中的电流会存在一定的差异。为研究不同线圈内激励电流对检测结果的影响,首先分析了不同线圈内激励电流的时频特征,然后研究了被测试件缺陷尺寸和材料属性不同时,不同激励电流作用下差分检测信号的频谱特征,分析了激励电流对检测信号频谱特征的影响规律。最后通过实验对分析结果进行了验证,结果表明:当被测试件缺陷尺寸不同时差分检测信号频谱特征受激励信号影响的规律也不同。     

柔性差测量科赫分形涡流传感器内部裂纹检测

柔性涡流传感器由于其可变形性有望被用于复杂形貌结构的无损检测。 柔性科赫分形涡流传感器由于其局部微结构 对涡流的调理效果,对各方向短裂纹检测性能的一致性较高,但该传感器对于近表面及内部裂纹的检测还未展开研究。 构建了 差测量传感器的等效电路模型;通过仿真方法研究了涡流分布随深度的演化规律;通过试验方法,研究了传感器对覆盖不同厚 度铝板预制裂纹试块的检测效果。 有限元结果表明,随着深度的增加,涡流密度减小,集中性降低,分布的形态与其在表面差异 越来越大,形态由雪花状向圆形演化。 试验结果表明,传感器输出信号随着覆盖层厚度的增加而减弱;当激励频率为 10 kHz 时,传感器可检测到裂纹时覆盖铝板最大厚度为 2. 0 mm。     

脉冲涡流热成像的自适应异常提取算法

脉冲涡流热成像通过检测试样表面温度场异常来进行缺陷检测。试样的表面不平整带来的非相关显示,使得缺陷引起的温度异常很难被检测出来。本文提出了自适应异常提取算法,该算法使用基于局部信息模糊C均值聚类图像分割将非相关显示的干扰区域分割开来,然后采用自适应模板对各个分割区域内的像素进行预测。该算法能够用于原始热图像和其他检测算法得到结果图的异常提取。以表面不平整的焊缝裂纹试样为对象来验证算法的有效性,并进行信噪比评价。结果表明该算法能够很好地抑制非相关显示,同时激励不均匀性的干扰也得到较好的消除,缺陷的异常信息被很好地提取出来。     

脉冲涡流方法过油管检测套管横向裂缝研究

油井套管横向裂缝是可能导致套管断裂的严重危害性缺陷。通过有限元仿真与实际试验,研究利用脉冲涡流检测技术使用横向探头通过油管检测套管的横向裂缝缺陷的问题。仿真给出不同检测方式的管道涡流分布、磁场分布及其变化,以及接收线圈的电压。从仿真结果可观察出,套管壁涡流最强的区域并非横向探头正对的区域,而是平行于横向探头轴线的区域。横向裂缝平行于横向探头轴线时对涡流场的扰动最大。磁场的分布及其变化规律与涡流场情况类同。据此可解释为何横向探头轴线平行于横向裂缝时检测灵敏度会高于横向探头轴线垂直于横向裂缝时。实际的检测试验结果与仿真结果一致,并且显示了实际检测中横向探头轴线平行于横向裂缝时的检测灵敏度显著高于垂直于裂缝时。     

电涡流磨粒传感器磁场仿真研究

针对电感式磨粒传感器易受磨粒连续性影响和无法识别磨粒材质的问题,通过增大电感式磨粒传感器中磨粒的涡流作用,提出一种电涡流磨粒传感器。结合有限元软件ANSYS Maxwell建立电涡流磨粒传感器的仿真模型,并对不同材质和尺寸的磨粒进行仿真分析,验证电涡流原理在磨粒监测中的可行性。对不同激励频率及线圈内径的电涡流磨粒传感器进行仿真分析。仿真结果表明:电涡流作用可以识别磨粒尺寸,磨粒产生的涡流作用与磨粒尺寸成三次方关系;电涡流作用可以识别磨粒材质,不同材质的磨粒在相同的磁场环境中产生的涡流作用不同;线圈的激励频率越高,磨粒的涡流作用越大;线圈的内径越大,磨粒的涡流作用越小。