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。     

基于涡流传感的金属表面缺陷检测方法研究

针对发动机涡轮叶片在制造及服役的过程中极易产生微裂纹的问题,以航空铝合金6A02为研究对象,对传统的涡流传感探头进行了有限元建模及参数优化。分析了激励线圈与特定被测金属材料耦合作用时的传感特性,基于巨磁阻(GMR)芯片设计了用于检测微细裂纹的电涡流探头并开发了相应的测试系统,研究了探头扫描方向与GMR芯片敏感轴对检测结果的影响,提出了基于小波分析的噪声消除和特征识别的数据处理方法,得到了良好的效果。实验表明探头具有高灵敏度,能够达到200μm宽度的检测水平。     

钛合金深层裂纹缺陷涡流检测仿真与实验研究

针对常规涡流只能检测金属构件近表面缺陷的瓶颈,本文基于TMR隧道磁阻阵列设计了多通道差分激励涡流检测探头,实现了对钛合金板件深层裂纹缺陷的检测.通过模拟优化了线圈参数,设计了差分式矩形激励线圈组合结构,从而提高TMR阵列对缺陷的检测效果,并制作了TMR阵列的差分涡流检测探头.分别针对钛合金板件表面3 mm和4 mm下的深层裂纹缺陷进行实验测试,表面3 mm下的长度为12 mm、6 mm、3 mm微裂纹检测得的感应磁场强度分别为0.01992 mT、0.0152 mT、0.00528 mT;表面4 mm下的6 mm长微裂纹的感应磁场强度大约为0.00448 mT.结果表明,所设计的TMR阵列涡流探头对缺陷长度变化相较于宽度变化更为敏感,能有效检测出深层微小裂纹缺陷.     

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。     

缺陷方向对基于GMR的电涡流缺陷检测的影响

由于电涡流缺陷检测多采用单方向激励方式,而实际检测中缺陷的方向是未知的,从而造成检测灵敏度不确定.针对此情况设计以巨磁电阻(GMR)传感器为检测元件的矩形线圈激励的检测探头,以矩形缺陷为研究对象,从定性和定量两个角度仿真对比了在同一激励方向下,不同方向缺陷引起的磁感应强度变化,发现缺陷方向平行于激励线圈轴线时能更好地体现缺陷,在此基础上,对不同方向缺陷进行扫描实验,将测量数据扫描曲线进行对比发现,当缺陷方向平行于激励线圈轴线时曲线峰值较大且峰值位置明显,能更清晰地反映缺陷信息.     

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。     

指数运算在电涡流传感器非线性补偿中的应用

为扩大电涡流传感器的测量范围,设计了基于恒定频率载波调幅法测量电路,应用指数运算电路作为非线性补偿环节。利用Matlab仿真软件辅助设计了直径60mm电涡流传感器探头,结合测量电路进行实验。实验结果表明：该电涡流传感器能够检测的位移可达90mm,验证了该系统工作的稳定性,证明设计达到了预期效果。     

基于GMR传感器的金属表面缺陷检测系统设计

随着经济的发展汽车越来越普及,有些关键部位的零件如制动盘和转向节,在制造和使用的过程中容易产生一些细小的裂纹,这就需要在不给被测物体造成负面影响的前提下对关键零器件进行检测;针对传统的涡流传感器进行有限元仿真,分析了激励线圈和被测金属耦合时的传感特性;设计了一种基于GMR芯片检测微裂纹的探针,并开发了相应的测试系统;分析了GMR芯片敏感轴对检测结果的影响,采用小波分析的方法对数据进行处理,提高了信号的信噪比;实验结果表明,该探头灵敏度高,通过调整激励频率可以检测金属表面以下5mm处的缺陷。     

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.     

多层金属结构腐蚀缺陷脉冲涡流检测技术研究

脉冲涡流检测技术是目前唯一能对飞机多层金属结构中出现的腐蚀缺陷进行定量检测的技术。在对脉冲涡流检测技术进行研究的基础上,设计并实现了一套完整的脉冲涡流检测系统。提取检测信号的峰值、峰值时间、过零时间等时域特征量,实现对腐蚀缺陷的定量检测和缺陷位置的分类识别,并通过进一步的实验加以验证。     

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。     

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。     

脉冲涡流TR探头解析模型的快速求解方法

作为分析脉冲涡流响应的常用工具,解析模型因具有物理意义明确、精度高、计算速度快等优点而得到了广泛关注;近年来,随着脉冲涡流阵列探头的应用,对其阵列单元--即激励和接收线圈非同轴的Transmitter-Receiver阵列单元(以下简称TR探头)的解析分析需求迫切;而当前关于TR探头的解析模型大多数将试件缺陷等效为大面积壁厚减薄缺陷,模型精度较低;为提高TR传感器解析模型的求解精度,将构件缺陷等效为平底盲孔缺陷,建立了含平底盲孔构件脉冲涡流TR探头的解析模型,且提出了一种快速求解该模型解析解的方法:首先,通过分析典型模型解析解的形式,发现其由广义反射系数、线圈系数等乘积组成,且广义反射系数仅与构件结构有关,线圈系数仅与探头有关;然后,参考已有的含平底盲孔构件同轴式探头检测模型和均匀壁厚减薄缺陷的TR探头模型,分别获取广义反射系数和线圈系数解析表达式;最后,将其组合得到含平底盲孔构件脉冲涡流TR探头的解析解;通过和实验数据做比较验证了上述解析解的正确性;所提出的方法可应用到其他脉冲涡流解析模型的快速求解中,降低解析模型的求解难度。     

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.     

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.     

发动机活塞喉口涡流检测设备的研制

为了适应国Ⅵ活塞对活塞喉口的缺陷要求,研发了发动机活塞喉口涡流检测设备。该设备具有自动化程度高、可在线实时检测、效率高等优势。该设备采用四轴联动,活塞采用内撑定位方式,探头借助丝杠传动方式到达空间任意位置。控制部分包括探伤控制系统和伺服控制系统。其中,探伤控制系统包括探头和探伤仪。伺服控制系统采用了个人计算机+运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机的形式。该设备关键技术在于涡流探头的设计与优化、探头激励高效电路研究、运动控制技术、活塞喉口缺陷在线实时监控与识别技术等。     

基于科赫雪花图形激励装置的涡流传感器工作原理分析

首次提出并设计了一种基于分形理论自相似结构的科赫雪花图形激励装置涡流传感器,对这种传感器的工作原理和物理模型进行了深入的分析,分析表明,基于分形结构激励线圈的涡流传感器,在多处具有涡流叠加效应,随着科赫雪花图形阶次的提高,这种涡流叠加效应越来越明显,分布密度不断增加,可以显著提高涡流传感器激励效果和检测灵敏度,从而提高对微小裂纹缺陷的检测能力.研制了实际装置,通过实验证了这一结论.     

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。