铁磁性构件缺陷的脉冲涡流检测传感机理研究

铁磁性构件的脉冲涡流检测法是一种融合了漏磁检测与涡流检测的新的复合磁传感检测法。建立了脉冲涡流复合传感有限元仿真模型,仿真分析了铁磁性构件电导率、磁导率和导入直流电流激励大小对脉冲涡流响应信号的影响规律。实验结果表明:随着导入直流电流激励增加,铁磁性构件表面缺陷漏磁场和电流密度引起扰动磁场的复合场对脉冲涡流响应信号的影响更显著,而铁磁构件亚表面埋藏缺陷随着缺陷深度的增大而增大,缺陷漏磁及电流扰动磁场的复合场对脉冲涡流响应信号的影响变小,涡流响应信号占主导地位,为脉冲涡流传感器设计奠定理论基础。     

电涡流传感器的脉冲激励与双参数检测

采用矩形脉冲作为激励信号,对电涡流传感器在位移检测过程中谐振频率及谐振阻尼的变化情况进行了研究分析.建立了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心芯片的检测系统,用于产生所需要的矩形脉冲激励信号以及对传感器响应信号的欠采样.利用8 mm直径的电涡流线圈,对0～10 mm范围内碳钢目标靶的位移响应特性进行了测量,借助短时傅里叶变换分析了响应信号中频率成分的分布情况,同时获得了谐振频率及谐振阻尼的测量值.验证了通过脉冲激励同时获取电涡流传感器双参数检测的可行性.为研制基于电涡流效应的位移传感器及无损探伤传感器提供了一种新思路.     

脉冲涡流无损检测技术综述

不同于传统的谐波激励的涡流检测方法,脉冲涡流检测采用方波或阶跃方式激励,其测量的是涡流在构件中的衰减。由傅里叶理论可知,脉冲涡流激励中包含多种频率成分,根据电磁场理论,低频电磁波有更深的穿透深度,因而也就可能检测出更深的缺陷。由于脉冲涡流检测时,激励已经停止,因而传统涡流阻抗分析方法已经不适用于脉冲涡流检测信号分析,需要寻找新的信号处理方法或数据解释方法;同时由于导磁材料与非导磁性材料特性不同,信号特性差异极大,上述问题不论从理论上还是从工程上对脉冲涡流检测技术都提出了极大的挑战。从检测理论模型、传感器、信号处理方法及工程应用等方面,对脉冲涡流检测技术作论述,指出该技术进一步发展需要研究的问题,更好地推动脉冲涡流检测技术的发展。     

铁磁性构件缺陷的脉冲涡流检测模式研究

针对铁磁性材料的脉冲涡流检测信号比较复杂的问题,建立脉冲涡流矩形传感器检测模型,提出了矩形探头中同时存在脉冲涡流与脉冲漏磁检测区域,并进行脉冲电磁检测的仿真分析,研究了缺陷和矩形探头轴线所呈角度的最佳检测位置。仿真和实验结果表明了矩形探头的脉冲涡流有效检测区域为探头正下方的边框区域,而脉冲漏磁有效检测区域为矩形线圈中心的正下方区域。脉冲涡流最佳检测点为矩形探头轴线与缺陷呈10°附近位置,而脉冲漏磁最佳检测点为矩形探头轴线与缺陷呈70°位置。     

钢板脉冲涡流检测方法

为了有效增加脉冲涡流信号的渗透深度以检测较厚钢板裂纹缺陷,提出了增大激励电流的方法.用低压大电流电源和功率MOSFET斩波的方式产生大电流脉冲;设计了由矩形激励线圈和2片霍尔传感器构成的脉冲涡流检测探头并制作放大滤波电路;采用数据采集卡采集信号,以LabVIEW为平台,采用峰值扫描方法,实现脉冲涡流信号的差分检测,达到有效识别较厚钢板亚表面裂纹缺陷.     

已知深度范围缺陷的选频带脉冲涡流检测方法

为进一步提高对一定深度范围的局部减薄缺陷的检测能力,提出了选频带脉冲涡流检测方法。介绍了选频带脉冲涡流的工作原理,说明了选频带脉冲涡流激励信号的选取原则,比较了传统方波脉冲涡流与选频带脉冲涡流对一定深度范围的局部减薄缺陷的检测灵敏度,并考察了选频带脉冲涡流的提离交叉点特征。数值实验结果表明：对于一定深度范围的局部减薄缺陷,选频带脉冲涡流比传统方波脉冲涡流检测灵敏度更高,且选频带脉冲涡流提离交叉点的特征能反映出缺陷深度。     

基于脉冲涡流信号的金属膜厚测量

脉冲涡流检测技术能够快速方便地检测金属导体厚度,为了研究脉冲涡流检测技术在金属膜厚测量中的应用,首先设计了测量系统传感器,并分析了其工作原理;采用ANSOFT软件对不同测试金属厚度下传感器的响应信号进行了仿真计算;然后搭建了实际的测厚系统,对不同厚度的铝箔进行了检测,并对实验数据采用三次样条插值进行了拟合,得到了金属膜厚与电压信号的关系。研究结果表明：采用脉冲涡流技术能够较准确地测量出金属膜的厚度。     

脉冲涡流矩形差分探头缺陷检测机理

为了进一步提升脉冲涡流的缺陷检测能力,提出了脉冲涡流矩形差分探头的检测方法。建立了脉冲涡流矩形探头的三维检测模型,分析了矩形线圈激励时试件上感应电流的分布,比较了铁磁性材料和非铁磁性材料的试件表面涡流方向和值的大小。根据试件上涡流X分量和Y分量呈对称分布的特性,提出了两种金属材料的脉冲涡流矩形差分探头设计方法。制作了相应的脉冲涡流矩形差分探头来获取磁场分量,仿真与实验结果表明,对于铁磁性材料和非铁磁性材料缺陷检测,脉冲涡流矩形差分探头测量的磁场X分量、Y分量比Z分量检测灵敏度更高。     

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。     

InSb磁敏电阻脉冲涡流传感器的研究

脉冲涡流检测方法是涡流检测技术的一个新兴分支。因脉冲信号频带很宽,比单一频率正弦涡流衰减慢,其瞬态感应电压信号中就包含了有关缺陷的重要信息。本文分析了InSb磁敏电阻作为脉冲涡流检测元件的工作原理,设计了探头结构和调理电路,有效抑制了环境温度的干扰,并分析了应用InSb磁敏电阻的涡流探头检测金属裂纹特征的信息提取方法。实验结果表明,采用InSb磁敏电阻作为脉冲涡流检测传感器,具有较高的裂纹灵敏度,且可以较好地反映裂纹的深度。     

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。     

Using signals of special form in multi-frequency eddy current testing

An eddy current testing method based on the use of an exciting signal of special shape is proposed. Subsequent digital processing of the detected output signal makes it possible to calculate the measuring sensor parameters at different frequencies and to construct an experimental hodograph of the sensor–test object system. Experiments performed for materials with different physical and geometrical characteristics of constructing hodographs have shown that the proposed method provides a reliable separation of the main factors affecting the results of multi-frequency eddy current measurement. The results can be used in automated systems for inspection and non-destructive testing of materials and products.     

ELID磨削预修锐阶段砂轮表面氧化膜厚度测量及生长特性

针对ELID磨削砂轮表面氧化膜的厚度测量及生长特性,采用激光和涡流传感器进行氧化膜的厚度模拟测试,以验证测量系统的准确性,并在预修锐阶段对氧化膜的生长特性进行观察。研究结果表明：在前期,氧化膜沿砂轮半径向内生长的速度大于向外生长的速度,且基本呈线性生长,氧化膜生长速度最快;在后期,向内生长速度减缓,向外生长速度稍快,但氧化膜总体生长速度变慢。       

Eddy Current Sensing of Torque in Rotating Shafts

The noncontact torque sensing in machine shafts is addressed based on the stress induced in a press-fitted magnetoelastic sleeve on the shaft and eddy current sensing of the changes of electrical conductivity and magnetic permeability due to the presence of stress. The eddy current probe uses dual drive, dual sensing coils whose purpose is increased sensitivity to torque and decreased sensitivity to variations in distance between probe and shaft (liftoff). A mechanism of keeping the distance constant is also employed. Both the probe and the magnetoelastic sleeve are evaluated for performance using a standard eddy current instrument. An eddy current instrument is also used to drive the coils and analyze the torque data. The method and sensor described are general and adaptable to a variety of applications. The sensor is suitable for static and rotating shafts, is independent of shaft diameter and operational over a large range of torques. The torque sensor uses a differential eddy current measurement resulting in cancellation of common mode effects including temperature and vibrations.     

PVDF传感器在整体叶盘叶片模态试验中的应用

为了研究某型发动机整体叶盘涡轮叶片的动态特性,分别采用了聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)压电薄膜传感器、小质量加速度传感器以及非接触式的电涡流传感器进行了模态试验分析和频率检验,并通过有限元软件进行了仿真计算.试验结果与仿真计算结果表明,PVDF压电薄膜传感器具有附加质量小、灵敏度高、频响宽,易于安装、操作简便和成本低等特点.对于单个轻质薄壁构件或是零件分布较密集的复杂结构进行模态试验分析时,采用PVDF压电薄膜传感器具有明显的优越性.     

ELID磨削氧化膜厚度测量方法研究

在ELID磨削原理的基础上,分析了ELID磨削过程中氧化膜的生成和作用机理以及氧化膜的生长规律;综合评述了氧化膜厚度的离线测量方式以及用ELID磨削加工过程中的电压电流值的大小间接表征氧化膜的状态的最新进展。同时提出了基于LabVIEW开发平台,利用激光位移传感器和电涡流位移传感器的组合在线直接测量氧化膜的厚度的方法。