单向碳纤维复合材料分层缺陷垂直涡流检测有限元仿真研究

针对单向碳纤维复合材料分层缺陷难以检测的问题,设计了一个共面三矩形线圈探头,建立了利用该探头进行单向碳纤维复合材料分层缺陷垂直涡流检测的有限元模型,并利用该模型仿真计算了存在不同厚度分层缺陷时垂直涡流检测探头输出的感应电压信号变化情况。仿真结果表明,所设计的探头可灵敏地检测出单向碳纤维复合材料分层缺陷,并且在探头扫描检测分层缺陷的过程中,探头输出的感应电压虚部会出现成对的峰值和次峰值,峰值与分层厚度成正比,次峰值对的出现位置对应于分层缺陷边缘的位置,通过对峰值大小和次峰值对的出现位置进行分析,可以实现单向碳纤维复合材料分层缺陷厚度和范围的定量化评估,为实际工程应用提供了有价值的参考。     

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。     

碳纤维增强复合材料冲击缺陷脉冲涡流无损检测仿真与试验研究

为了对碳纤维增强复合材料( CFRP )冲击缺陷进行检测,提出基于磁通密度y分量的脉冲涡流检测法。通过有限元仿真,分析电导率差异对涡流磁场的影响。通过实验研究,利用小波包能量法验证仿真结果的准确性。仿真与实验结果表明：基于磁通密度y分量的脉冲涡流检测法可以有效识别冲击缺陷,并且能够区分不同冲击大小对碳纤维增强复合材料损伤的差异。     

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。     

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。     

基于能量流的平板远场涡流检测探头研究及优化

针对传统涡流检测由于集肤效应而难以对平面金属导体板材深层隐藏缺陷进行检测的问题,提出了基于远场涡流的深层缺陷检测的磁场能量聚集方法研究。首先,建立了平板导体远场涡流检测模型,仿真分析了各种磁芯与磁屏蔽结构对涡流能量的影响,优化了铁磁性平板导体远场涡流检测系统中的磁芯与磁屏蔽结构。其次,制作了不同材料组合的屏蔽罩,搭建了平板导体远场涡流检测实验台。仿真与实验结果表明：内侧为铜、外侧为硅钢的双层磁屏蔽远场涡流探头结构,在保证具有较近的远场区的前提下,能有效增强间接耦合通道的能量,具有较强的深层缺陷检测能力。     

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。     

一种用于焊缝缺陷检测的旋转涡流探头设计

针对常规涡流探头易出现漏检、以及由于具有明显的提离效应而难以用于表面不平整焊缝缺陷检测的问题,本文基于均匀涡流检测原理设计了一种能够用于焊缝缺陷检测的旋转涡流探头。首先,通过理论计算方法研究了旋转涡流场的激励原理,接着设计了旋转涡流探头结构并仿真分析了探头的信号特征。最后,制作了旋转涡流探头实物和测试试件,通过理论分析与实验测试可知,本文设计的旋转涡流探头能够有效检测出钢板试件表面各个方向的缺陷,在0.3mm~ 1.2mm的提离范围内,提离对焊缝缺陷信号产生的影响相对较小,能够较好的适应焊缝凹凸不平的表面,有效识别焊缝缺陷。     

碳纤维增强复合材料脉冲涡流无损检测仿真与实验研究

采用有限元仿真软件对脉冲涡流矩形传感器两种放置方式进行了建模与仿真分析,综合比较水平与竖直放置两种方式的检测效果,相同尺寸的矩形传感器水平放置检测时,长宽比越大,检测效果越好。采用水平放置方式下的矩形探头对碳纤维增强复合材料进行了电导率分布与缺陷检测实验,实验证实脉冲涡流矩形传感器能够有效检测碳纤维增强复合材料的电导率分布与缺陷。     

基于Tx-Rx探头的异种金属焊缝缺陷检测及定量分析

异种金属焊接结构在使用过程中容易产生损伤,因此需对其进行检测;脉冲涡流一发一收式非同轴(Transmitter Receiver,Tx-Rx)探头可应用于异种金属焊缝缺陷检测;然而,考虑到异种金属焊接构件成分多样、结构复杂的特点,需对Tx-Rx探头的摆放位置进行了优化;首先,建立仿真模型,讨论了激励线圈的摆放位置对试件中涡流及涡流扰动的影响,结果表明,当激励线圈位于带堆焊的合金钢上方时,其表面涡流强度及涡流扰动强度较大;其次,建立实验平台,实验表明,当激励线圈放置在带堆焊的合金钢上方时,其检测信号幅值和差分信号幅值最大;最后利用差分信号的峰值对焊缝缺陷的定量展开分析;脉冲涡流Tx-Rx探头的研究可为其在异种金属焊缝缺陷的应用提供参考.     

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.     

High-resolution eddy current sensor system for quality assessment of carbon fiber materials

Carbon fiber materials become more and more important for many applications. Unlike metal the technological parameters and certificated quality control mechanisms for raw carbon fiber materials (RCF) have not been developed yet. There is no efficient and reliable testing system for an inline inspection and a consecutive manual inspection of the RCF and the post laminated carbon fiber reinforced plastics (CFRP). Based upon the multi-frequency eddy current device developed at Fraunhofer IZFP structural and hidden defects such as missing carbon fiber bundles, lanes, suspensions, fringes, missing sewing threads and angle errors can be detected. Due to the help of an optimized sensor array and an intelligent image pre-processing algorithm the complex impedance signal can be allocated to different carbon fiber layers. This technique enables the detection of defects in the depth up to five layers including the option of free scale measuring resolution and testing frequency. Appropriate parameter lists for an optimal error classification are available. The dimensions of the smallest detectable defects are in the range of a few millimeters. A prototype of a special single sensor and an eddy-current sensor array have been successfully developed thus the way to transfer the prototype into an industrial application is open.     

小波分析在脉冲涡流无损探伤中的应用

脉冲涡流探伤时,瞬态信号和一次扫描波形中的噪声干扰成分会影响缺陷定量检测的准确度。对于该问题,研究了小波分析在脉冲涡流探伤中的两方面应用。对于瞬态信号,利用小波阈值去噪法对其处理,分析了阈值方法的不同对去噪效果的影响并进行实验验证,并与传统低通滤波进行了比较;对于一次扫描波形,利用小波分解后的近似系数重构信号,再提取峰值扫描曲线。实验结果证明：在瞬态信号的去噪中,软阈值法相比于硬阈值法有更好的去噪效果,其可以在保留真实信号特征的情况下去除噪声,并解决了传统低通滤波会损害真实信号特征的问题,还原了信号的真实峰值和过零时间;使用该方法获得的峰值扫描曲线消去了抖动,极值点时间变得明确,提高了缺陷长度的检测准确度。     

基于InSb磁敏电阻器的脉冲涡流信号处理方法研究

脉冲涡流检测方法是涡流检测技术的一个新兴分支。分析了InSb磁敏电阻器作为脉冲涡流检测元件的工作原理。应用InSb磁敏电阻器的涡流探头检测金属裂纹特征的信息提取方法。对采集的信号首先通过同步累加法处理后再经多项式拟合、小波变换实现对信号的滤波与平滑,最终选用小波变换提取裂纹的特征。实验表明:采用InSb磁敏电阻器作为脉冲涡流检测敏感元件,具有较高的裂纹灵敏度,且可以较好地反映裂纹的深度。     

Defect classification based on rectangular pulsed eddy current sensor in different directions

Pulsed eddy current (PEC) testing is a new emerging and effective electromagnetic non-destructive testing (NDT) technique. The main purpose of this study is to identify surface defects and sub-surface defects using features-based rectangular pulsed eddy current sensor. The further study of PEC rectangular sensor proposed in author's previous work has been made to classify the different types of defects in specimen. In different directions of sensor scanning, peak waves of pick-up coil are studied. We find that when sensor is on different position against the defect, peak waves of response signals present the same shape in direction of magnetic induction flux, while present different shapes in direction of exciting current. Experiment results have shown that the different classes of defects can be identified and classified effectively by selecting the rising time as the time domain feature in both directions. For improving the performance of defect classification, two new features from differential response signal are proposed to classify different types of defects combined with rising time. One is called as crossing time; the other is differential time to peak. The blind test is carried out and the results show that the new features are effective to classify the defects.     

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.     

基于LabVIEW的脉冲涡流检测实验系统

针对目前商用脉冲涡流检测系统由于价格昂贵、可扩展性差等不足而难以在实验室应用的问题,设计了一套基于LabVIEW的脉冲涡流检测实验系统.系统软件采用LabVIEW编程,实现了激励方波的产生,检测信号采集、处理与显示,数据保存与回放等功能.利用该系统对Q235钢板圆孔缺陷进行检测实验,结果表明系统各项功能运行正常,检测信号特征与理论预期一致.系统具有操作简单、易修改、可扩展性好等优点,能有效地满足在实验室条件下进行脉冲涡流检测的要求.     

基于FPGA的远场涡流检测仪的研究

为了实现对铁磁性管道缺陷的无损检测,本论文运用Altera公司的FPGA技术,设计并实现了远场涡流检测仪,并重点介绍了系统体系结构的设计。最后通过对有人工缺陷的管道进行检测,表明远场涡流检测仪的设计方法可行。由于采用了全新的FPGA技术,性能有了较大的提高。