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。     

矩形脉冲涡流传感器的缺陷定量检测仿真研究

传统的脉冲涡流传感器由于其结构特点,在实际检测中存在自身激励干扰,使得其对缺陷的检测灵敏度不高。为了提高传感器对缺陷的检测能力,采用矩形传感器对铝板上缺陷进行检测。在分析矩形脉冲涡流传感器检测原理的基础上,采用ANSYS仿真软件建立了矩形脉冲涡流传感器检测模型,对矩形激励下方铝板表面涡流分布进行了仿真计算,研究了缺陷对空间三维磁场的扰动规律。仿真结果表明:矩形传感器能够在铝板表面激励出均匀的感应涡流;当有缺陷存在时,提取三维响应信号的幅值为特征量,分析传感器在扫描路径上不同位置检测幅值的变化特征发现,通过3个信号幅值变化的位置和幅值变化的程度可以实现对缺陷长度,宽度和深度进行定量检测。     

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。     

脉冲涡流检测中三维磁场量的特征分析与缺陷定量评估

为获取更多更明显的特征量以提高脉冲涡流检测技术对缺陷的检测能力,采用一种新型的均匀脉冲涡流探头能将三维磁场量分离开来实现各自的独立测量,将传统的仅利用一维分量进行检测扩充到同时利用三维分量实现检测,大大地增加了可用的信息量,且该探头在平行涡流流向的方向和垂直于导体表面的方向上还具有自差分的特点,使它对缺陷的几何参数变化具有很高的检测灵敏度。实验和数值结果均表明在有缺陷存在时,三维响应信号能直观地反映缺陷深度的大小变化,取信号的幅值作为检测特征量,分析不同时刻信号幅值按空间位置的分布特征发现,通过三个信号幅值变化的特征位置和幅值变化的程度可以实现缺陷深度和边缘轮廓的定量评估,这为进一步实现飞机机身上多层结构中缺陷(如腐蚀、坑、铆钉孔附近的裂纹等)的成像检测提供了有实用价值的参考。     

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.     

脉冲涡流无损检测系统的设计

阐述了脉冲涡流无损检测系统的基本原理和组成。介绍了利用圆柱形线圈作为传感器进行金属导体表面裂纹的无损检测系统的激励源、信号放大及A/D转换部分。经实验表明:采用激励频率为1000Hz,占空比45%~55%时的测试效果最佳;激励电压采用7.5V,信号总放大倍数为1000得到的信号最适合PCI1712进行数据采集;缺陷深度与涡流的峰值电流相对应。     

基于ZYNQ的阵列涡流无损检测系统

圆柱形金属试件的阵列涡流检测可以通过几个围绕试件布局的阵列线圈组成的探头来完成，阵列涡流探头由完全相同的8个线圈组成并在一定的空间结构下完成对金属试件的探测。设计1个基于Zynq-7020的阵列涡流检测系统，该系统借助激励通道的8个模拟开关可以对一个或多个线圈进行激励，借助一个8选1模拟开关可以对8个阵列线圈进行分时采集，通过数字相敏检波算法完成对信号的提取。试验结果表明，此系统可以保存、传输、处理阵列探头的激励信号和感应信号，并完成测量阵列探头灵敏度的试验任务。     

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。     

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。     

脉冲涡流厚度检测仿真与实验研究

基于瞬态磁场的轴对称特性,利用有限元方法建立了脉冲涡流厚度检测的理论模型。仿真分析了被测金属板材在不同电导率和厚度参数时的探头差分信号并选择探头差分信号峰值作为信号特征。经分析发现：电导率一定时,差分信号峰值随被测金属板材厚度的增加呈递增趋势;被测金属板材厚度相同时,电导率越大差分信号峰值就越大。运用建立的试验系统进行实验研究,结果表明,实验与仿真结论一致,表明了所建模型的正确性和仿真结果的可信性。     

基于磁致伸缩电磁超声导波的钢板焊缝缺陷检测

针对工业现场使用压电超声波检测焊缝缺陷时需使用耦合剂的问题,研究了通过无须耦合剂的基于磁致伸缩电磁超声对薄钢板焊缝中缺陷进行检测的方法,并且针对电磁超声换能效率低、信号微弱的问题,通过仿真优化了回折线圈结构参数,选择了三分裂回折线圈,并探究了导波频率对缺陷检测灵敏度的影响。仿真结果表明:相比于无分裂线圈,选择三分裂回折线圈后激励信号面内位移幅值提高了94.2%,随着导波频率增加,缺陷反射回波幅值表现出先增大再减小的变化规律。实验结果表明:S0模态Lamb波垂直入射焊缝时,焊缝本身产生的回波与缺陷信号相比相对较小,缺陷检测阈值达到1 mm,缺陷定位误差小于2 mm,证明了电磁超声导波具备检测焊缝中毫米级缺陷的能力。     

一种用于盘孔裂纹检测的差动式涡流探头的设计与实现

为了实现对某型发动机篦齿盘均压孔的原位、无损探伤,设计了一种差动式的涡流检测探头,探头由一个激励线圈和两个感应线圈组成,由于检测线圈结构上的对称性使得探头对盘孔周边的表面裂纹敏感,同时对激励线圈和检测线圈匝数比的优化设计也能有效增强输出的差动信号,降低干扰。信号调理电路采用正交锁相放大对输出进行正交分解,得到包含信号幅值和相位信息的两路直流分量作为裂纹检测的特征量。对篦齿盘均压孔标准试件的检测结果表明该探头能够很好地实现盘孔周边微小裂纹的检测,灵敏度高。同时,这种差动式的探头结构同样也可用于其它盘孔的裂纹检测。     

基于相空间模糊熵算法的金属缺陷形状辨识

提出了一种多线圈涡流无损检测方法,通过相空间模糊熵算法分析涡流信号复杂度,进而实现对金属微小缺陷形状的辨识.为了从足够的测量信息中获取有效的缺陷特征,设计了多线圈传感器模型.通过仿真实验选取适合的传感器参数和激励模式.采用相空间模糊熵算法,研究不同大小、深度、形状的缺陷对涡流信号复杂度的影响.为了准确提取涡流信号的内在规律,获得对缺陷敏感的信号分析结果,对涡流信号进行相空间重构,并在重构的相空间中计算信号的模糊熵.分析结果表明:随着缺陷体积的增加,模糊熵增大,涡流信号的复杂度增加.根据不同形状缺陷的模糊熵均值分布图,可以实现对孔、洞、裂缝3种缺陷较精确的区分.     

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.     

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。     

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.     

非导磁金属隔层对差动变压器式位移传感器的影响

针对加入到差动变压器铁芯和衔铁之间的非导磁金属隔层对差动变压器式位移传感器性能的影响进行了研究.通过分析非导磁金属隔层上产生的电涡流得到加入非导磁金属隔层后差动变压器式位移传感器输出模型,应用MATLAB仿真得到非导磁金属隔层电导率、线圈激励频率和隔层与线圈距离对传感器性能的影响;对加入非导磁金属隔层后的传感器进行静态...     

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。