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。     

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GMR传感器的电涡流检测系统关键技术研究

设计了一种基于巨磁电阻（GMR）的新型电涡流探头及其检测实验系统,重点阐述了系统的工作原理、系统各部分所采用的关键技术及设计中需注意的问题,并对多层铝板试件进行了检测实验研究。实验结果表明：设计的GMR电涡流探头在多层导电结构深层缺陷检测时,与相应的线圈式探头相比,具有更高的灵敏度和更强的深层缺陷检测能力。     

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。     

基于涡流线圈提离效应的深裂纹检测方法研究

为了提高涡流探头检测厚壁结构中深裂纹的能力,使用 ANSYS有限元模型研究了圆形和矩形两类涡流激励线圈的 提离效应对涡流渗透深度的影响,发现当线圈轴线和材料表面之间的夹角发生变化时,其所产生的提离效应会对涡流的分布产生较大影响。通过分析材料表面各点处涡流渗透深度的变化情况?发现当矩形线圈倾斜60°时进行激励可在材料中感应出 最大渗透深度的涡流,用于深层缺陷的检测,为了提高深裂纹的检测效果,对矩形线圈的参数进行了优化,进一步提高了探头的性能。     

压力管道缺陷电磁超声/脉冲涡流复合检测方法研究

针对压力管道内、外壁缺陷快速检测的需求，根据电磁超声/脉冲涡流复合检测原理，研究压力管道深层和表层缺陷同步检测方法。首先，利用有限元仿真软件建立电磁超声/脉冲涡流复合检测模型，研究复合式探头的检测原理；接着，研究深层及表层缺陷对电磁超声/脉冲涡流复合信号的影响规律和信号分离方法；最后，制作电磁超声/脉冲涡流复合式探头实物，并对带有深层和表层缺陷的压力管道试件进行试验测试。试验结果表明：论文研究的复合检测方法能够从管道外部有效检出压力管道外表面宽1 mm、深2 mm裂纹和管道内壁2 mm厚度减薄缺陷，弥补了两种检测技术单独使用时存在缺陷检测盲区的不足，且具有较高的检测精度。该检测方法经过进一步优化有望用于压力管道表层和深层缺陷同步快速检测。     

深层缺陷涡流磁芯检测探头的性能优化

为了提高涡流探头对厚壁结构中深裂纹的检测能力,使用数值仿真方法研究了涡流探头的磁芯材料、尺寸、形状以及激励频率、检测线圈位置等参数对涡流渗透深度的影响,分析比较了其中典型参数的影响效果,并基于分析结果对探头性能进行了优化,提出了两类带磁芯的涡流探头,数值仿真结果及实验表明。本文所提出的带磁芯的涡流探头,可有效提高涡流的渗透深度。     

基于脉冲涡流热成像的表面缺陷实验研究

针对碳纤维增强复合材料、铁磁性材料、非铁磁性材料,采用脉冲涡流热成像技术对其表面裂纹进行了实验研究,由于红外热像仪采集到的红外热图像边缘信息模糊以及提取的信息不完整,提出了一种Sobel算子的优化算法,研究发现改进后的算法能够有效提高对裂纹缺陷的边缘识别能力,实现对裂纹缺陷的定性分析.研究了不同材料缺陷深度的温度分布规律以及涡流加热方式,并分析了感应加热后不同裂纹深度与温度响应曲线的关系,为裂纹缺陷的定量分析提供了理论依据.     

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。     

脉冲涡流铁磁性材料缺陷检测系统设计

针对金属缺陷中最常见的金属裂纹问题,以厚度均匀的铁磁性材料为主,设计了一种脉冲涡流铁磁性材料缺陷检测系统。该系统分为软件和硬件两部分,硬件部分主要用于信号的发生和采集,软件部分用于完成信号的分析和处理。通过对时域特征值分析,得出铁磁性材料裂纹缺陷的深度与对应的差分信号的峰值特征值呈有规律的一次线性关系,实现了铁磁性材料裂纹缺陷深度的尺寸量化。     

单向碳纤维复合材料远场涡流检测伪峰识别方法研究

针对单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测存在的伪峰干扰问题,在分析远场涡流检测信号伪峰产生机理及伪峰特征的基础上,提出了利用对称双检测线圈构成远场涡流检测探头进行伪峰识别的方法,建立了利用该探头对单向碳纤维复合材料平板缺陷进行远场涡流检测的仿真模型,借助有限元方法进行仿真计算,得到了五组不同间距缺陷的检测信号,并利用所提出的伪峰识别方法对仿真计算获得的检测信号峰值进行分析识别,结果表明所提出的伪峰识别方法在不同的缺陷分布情况下都可以准确识别出伪峰和实际缺陷对应的真实峰值,从而验证了所提出的伪峰识别方法的有效性及准确性,为单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测的伪峰消除问题提供了解决思路,有效提高了单向碳纤维复合材料平板缺陷远场涡流检测的准确性。     

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.     

一种新型相移场探头改变导体涡电流分布的理论验证

涡流检测方法广泛应用于导电材料的缺陷检测和无损评价中。受趋肤效应的影响,常规涡流检测法通常只能检测导体表面缺陷。有学者提出了一种相移场探头,并通过实验验证了该探头在满足一定激励条件时,可以达到抑制导体表面涡电流密度,而增加导体深处涡电流密度的效果,从而可以检测导体更深处缺陷。但该结论仅有实验结果,还没有理论方面的验证。本文采用解析方法研究了该相移探头与导体的相互作用,推导出导体中涡电流分布的精确理论表达式,然后分析相位、激励频率对涡电流分布的影响,并计算了导体不同深度涡电流密度分布。从理论上验证了该探头设计及激励方法具有改变导体涡电流密度分布,增加导体深处涡电流密度的效果。     

基于我国锅炉压力容器典型金属材料的涡流阵列检测灵敏度研究

针对ASME提出的涡流阵列检测灵敏度对于我国锅炉压力容器典型金属材料的适用性问题,本文通过软件仿真和实验的方式研究了材料和焊缝的涡流阵列检测灵敏度适用性及其影响因素。结果表明,ASME规定的涡流阵列检测灵敏度在一定程度上适用于我国的锅炉压力容器金属材料和焊缝。但非铁磁性材料涡流阵列检测灵敏度并不是最小检测灵敏度,并且涡流阵列检测灵敏度会受到探头线圈尺寸、探头工作模式、工件材质和热处理的影响。     

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.     

基于远场涡流的碳钢管道缺陷外检测方法

远场涡流技术广泛应用于铁磁性管道缺陷检测,但探头放入管内时通常需要设备停机。为满足压力管道的在役检测需求,传感器被置放于管外。本文对管道弯头处内外壁缺陷深度和外管壁缺陷走向检测信号的幅值和相位进行研究。结果表明：弯头处传感器电压信号的相位随缺陷深度的增加而近似线性减小,可用于缺陷深度的定量。管壁处传感器电压信号的幅值随外管壁缺陷走向由周向往轴向逐渐增大,可用于同深度缺陷走向的判断。综合运用上述特征信息,可在实际检测中补偿由缺陷走向给深度定量带来的误差。     

并列式双探头电涡流传感器

点探头涡流传感器虽然灵敏度较高,但其探头的分辨率不高,而且对边缘效应、间隙效应的抑制能力差。三点式电涡流传感器分辨率较高,可以分辨出裂纹和材质不均等缺陷,而且对间隙效应有一定的抑制作用,但它对边缘效应仍然无能为力。为此,我们设计了并列式双探头电涡流传感器。 一、并列式双探头的组合 所谓并列式双探头是由两个三点式探头并列组成,结构如图1。     

新型脉冲漏磁检测法的表面缺陷检测特征分析

针对脉冲漏磁检测技术对不同方向的漏磁分量进行分析时存在一定局限性的问题,基于脉冲漏磁(PMFL)检测中的U型磁轭和脉冲涡流(PEC)检测中的矩形空心激励线圈,提出了脉冲聚磁(PMC)检测方法.通过仿真和实验分析了铁磁性试件在脉冲漏磁和脉冲聚磁两种检测模式下,缺陷部位的响应信号X,Y和Z3个分量的检测效果.结果表明:脉冲聚磁检测方法在进行铁磁性材料构件的缺陷检测时,激励探头对被测试件的3个方向的分量激励效果更明显,同时对于不同深度的表面缺陷,脉冲漏磁响应信号的三维分量具有更高的检测灵敏度.     

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。