燃料元件表面质量阵列涡流检测研究

介绍了阵列探头的原理及系统,研发出8通道品字形阵列探头,设计出标准试样,对阵列探头的覆盖能力、多通道信号统一评价方法、检出能力等开展了试验并进行分析。结果表明,阵列探头能够保证足够的覆盖率;采用多通道信号统一评价方法后,能够对不同通道的涡流信号进行有效的评价;能够检出燃料元件表面0.03mm深人工槽伤。验证试验表明,采用文中所述检测技术,能够有效发现不同深度的缺陷,检出误差0.01mm。     

远场涡流传感器与信号调理电路优化设计及其应用

传感器设计是远场涡流检测系统的核心与关键。结合仿真与实验研究远场涡流传感器与信号调理电路的优化设计方法：采用电磁屏蔽、磁路，以缩短探头长度、增强检测信号；采用组合滤波与正交锁相放大电路。以增强微小缺陷的检测能力；采用同态滤波以及误差修正等数字信号处理技术，以提高检测结果可靠性。实验结果表明，上述方法对于提高系统性能行之有效。     

小管径弹药筒高速漏磁检测方法与系统

为解决传统检测设备难以对弹药筒进行高速、高精无损检测的问题,采用漏磁检测法检测弹药筒,设计了用于弹药筒无损探伤的检测系统,该系统采用弹药筒原地旋转、漏磁检测探头管体外全覆盖的漏磁检测方式。设计了可调节探靴、U形磁轭磁化机构,使用磁头式精密漏磁检测阵列探头拾取微细裂纹产生的漏磁场,根据弹药筒规格合理提取多通道中有效检测信号并分析缺陷信号和典型误报信号的特征,进行减少误判的信号处理。该检测系统满足多规格弹药筒高速、高精的漏磁检测需求,单机检测时间可达每件4 s,最小检出深度达0.05 mm。     

多通道低频电磁传感器的仿真及优化

针对金属板构件内外壁损伤的检测问题,通过数值仿真与试验优化的方法,研制了一种适用于金属板构件内外壁损伤缺陷检测的多通道低频电磁传感器。建立了低频电磁检测三维有限元仿真计算模型,研究当圆形线圈切向放置在金属板导体上方时对缺陷的检测能力。进行对比试验,优化激励线圈匝数、检测线圈内径、高度等影响传感器灵敏度的参数,通过对含有人工缺陷金属板的检测验证了传感器的灵敏度与实用性。结果表明,研制的多通道低频电磁传感器可以实现对?12 mm埋深9.6 mm的304不锈钢缺陷及?12 mm埋深8 mm的20#碳钢缺陷的有效检测。     

电磁探头的瞬变发射电流采集电路设计

瞬变电磁仪器发射时向发射探头提供一定强度的脉冲电流信号,测量电路对探头的发射电流实时监测并把数据上传。所设计的电流采集电路利用了大功率电阻对发射电流信号进行取样,然后把电压信号输入放大器进行减法、加法运算得到可表征电流强度的电压模拟信号。因电路设计把数字地和模拟地进行隔离,又采用线性光耦变送模拟信号,最终输出到单片机处理器A/D端口,进行软件编程实现了处理器对电流信号的实时采集。电流采集电路进行了实验测试并验证此种技术方案可行,在对电磁探头进行发射性能检测时可利用此电路记录发射电流。另外,在研制瞬变电磁测井仪器时,此项电流信号采集技术可向仪器的电路方案设计提供一定的科学借鉴。     

基于微线圈阵列的多道神经电刺激信号透皮传输的初步实验研究

通过探索微线圈阵列实现多路神经电刺激信号透皮传输的可行性及影响传输效率的相关因素.根据电磁耦合原理,设计了包括脉冲发生、高频振荡、AM调制、功率放大、选频等刺激信号发射电路,信号接收电路,以及用于多通道信号耦合的微线圈阵列和相应实验测试装置.实验中对电路的性能以及线圈发生横向失配和角形失配时电路的可靠性进行了测试,在此基础上设计了2×2阵列的多通道传输装置.结果表明在调谐网络的作用下通道间信号的干扰较小,各通道输出信号能满足神经电刺激的要求.该方法经试验验证具有可行性,可用作各类植入式医疗仪器刺激或者控制信号的多通道传输装置,具有广泛的应用前景.     

基于FPGA的出砂信号同步采集与存储系统设计

为满足油气田生产中对油气井出砂信号的采集需求,针对传统出砂监测系统采集数据量小、分辨率低、结构复杂等问题,研究基于FPGA的超声阵列同步采集存储系统。采用FPGA+ARM组合的"漏斗形"设计架构,结合油气井出砂信号的指标要求,设计基于AD9650的多通道采集电路,实现对线形阵列分布探头信号的采集。此外,为减少无效通信数据量,准确捕获有效信号区域,同步缓存多通道数据,设计了出砂信号抽取检测模块,提出了多体并行缓存模组解决方案。结果表明,该系统对油气井出砂信号数据有着高效、快速的采集处理能力,满足了复杂环境下的数据采集要求,有效提高了油气井出砂信号实时监测的精度与效率。     

油气管道内表面涡流无损检测系统研究

为了确保管道在油气储运过程中的安全性,需要对管道进行损坏排查和维护。基于电磁涡流检测原理,设计了一种差动式自比较型探头,通过一个线圈产生激励磁场,另外两个检测线圈反接形成对消,来降低直耦信号的干扰;采用DDS技术产生波形稳定的正弦波信号以激励线圈;提出了通过模拟电路对缺陷信号幅值和相位进行快速提取,相较于数字相敏检波更易实现;搭建了上位机软件平台,可以实时在线对缺陷进行检测与识别;分析对比幅值、相位在不同半径、深度的缺陷时的差异性。实验结果表明,涡流检测系统能够对缺陷进行有效实时检测,最小可以分辨出孔半径为2 mm的缺陷。     

基于模块组合式阵列的三维漏磁检测系统

为了研究阵列传感器在试件上大面积扫查检测的问题,研制了一种基于模块组合式AMR磁阻传感器阵列的三维弱磁信号检测系统。检测系统由结构相同的标准模块组成,每个模块可同时采集X、Y、Z三个方向的磁信号。对含预制裂纹的16MnR钢平板试件进行检测实验,并采集试件表面的磁信号。结果表明:可重配置式三维阵列探头对表面裂纹具有较高的灵敏度,并对亚表面裂纹具有一定的辨识能力;三维阵列探头可有效扩大检测范围,并通过对磁阵列信号成像可得到裂纹的形状及所处的位置信息。     

交流电磁场检测探头材料仿真分析与实验研究

交流电磁场检测(ACFM)技术中缺陷信号为微弱多干扰电磁场信号,检测探头能否较好地提取信号是缺陷识别和量化的基础和关键,而探头材料直接影响缺陷信号幅值和灵敏度.针对以上问题,文中重点围绕ACFM检测探头材料展开系统研究,借助ANSYS电磁场分析模块,建立仿真模拟,深入分析检测探头材料对缺陷信号影响,并采用真实人工缺陷对3种常用的ACFM检测探头材料进行了实验测试,结果表明:高磁导率的锰锌铁氧体磁芯作为ACFM检测探头材料时,探头获取的缺陷电磁场信号幅值较大,具有较好的信号提取灵敏度.     

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。     

基于TMR传感器阵列的蒸汽发生器换热管检测探头设计

文中设计了一种用于核电站蒸汽发生器换热管检测的涡流探头,该探头使用高分辨率、高灵敏度的隧道效应磁阻(TMR)传感器阵列对涡流电流产生的磁场成像,通过分析磁场图像数据,来快速准确地定位换热管中存在的缺陷。文中建立了基于压缩磁矢势方程的有限元仿真模型,来模拟缺陷检测的物理过程;研制并测试了由磁场激励线圈、TMR传感器阵列和数据采集系统组成的实验探头,对带有缺陷的换热管样品(Inconel 690)进行了检测,观察传感器输出的电压信号变化即可直观的反应出被测样品的缺陷情况。     

基于PYTHON的多通道漏磁检测系统设计

针对钢管漏磁检测中存在单通道探头检测效率低,缺陷定量困难,仪器不便携带等难题,根据漏磁检测原理设计了一套多通道漏磁检测系统。应用三轴磁场传感器芯片研制了四通道漏磁检测探头;采用Python语言编程控制Arduino开发板进行信号采集、处理及显示;测试系统检测性能并开展缺陷定标试验。结果表明,三轴磁场传感器不仅能高效、准确检测出钢管缺陷,而且具有较高的检测灵敏度;多通道漏磁检测系统既能实现对对钢管的实时检测和显示,且界面简单友好,携带方便。对钢管的漏磁检测具有极高的实用性和市场应用价值。     

脉冲涡流无损检测中缺陷定量化技术研究

脉冲涡流检测广泛应用于工业设备的无损检测中,针对当前脉冲涡流无损检测中仍存在缺陷定量化难的问题,采用新一代磁阻传感器—隧道磁阻传感器设计阵列化脉冲涡流检测探头,对圆形缺陷开展了检测实验,并采用BP神经网络算法定量化评估圆形缺陷,最后验证了该定量化方法对非圆形缺陷的适用性。研究表明阵列化脉冲涡流检测探头差分信号峰值服从高斯分布,且高斯分布标准差与缺陷宽度之间以及差分信号峰值时间、上升时间与缺陷深度之间都存在一定的映射关系,因此可建立BP神经网络估计缺陷宽度和深度,且估计精度较高,这为更复杂缺陷的定量化检测研究提供了一定的参考。     

基于电磁超声的铝合金厚板缺陷检测装置

针对传统的压电超声技术应用在铝合金厚板缺陷检测中存在的不足,设计了一种基于电磁超声的铝合金厚板缺陷检测装置。该装置具有无需声耦合剂,检测效率高等优点。装置主要包括电磁超声探头、高频大功率发射电路、低噪声高增益接收电路、FPGA(现场可编程门阵列)及其外围电路和S3C2440液晶控制电路。在铝制标准试件上进行测试试验表明:该装置能够有效检测出直径1.2 mm、埋深10～60 mm的平底孔缺陷,符合铝合金厚板缺陷检测需求,具有良好的工程应用价值。     

小径管脉冲远场涡流检测研究

小径管如热交换器管等在工业中应用广泛,不少使用情况下需要定期检测.远场涡流技术是检测小径管缺陷的有效技术之一,在此基础上,脉冲远场涡流检测技术结合了脉冲涡流的频谱丰富性和远场涡流技术同时检测内外管壁缺陷的特点.应用脉冲远场涡流检测技术对小径管进行检测,并对该技术中差分式探头和绝对式探头的检测特点进行系统详细的研究.设计一种新型差分式探头,其接收部分由两个差分连接的检测线圈组成.差分结构中的一个检测线圈用作绝对式线圈,其检测信号采用一个信号采集通道处理,同时两个线圈的差分信号则采用另一个信号采集通道处理.通过数值仿真分析了检测原理,并对腐蚀、孔状和裂纹三种类型管道试件缺陷进行了系列检测研究.试验结果表明探头中的差分线圈对裂纹类、孔类缺陷具有很好的检测灵敏度,远优于绝对式线圈的检测能力,但对检测渐变腐蚀类缺陷不敏感;同时探头中的绝对式线圈对渐变腐蚀具有很好的检测灵敏度.绝对式线圈检测信号中存在着明显的伪峰信号,但差分式线圈则能够有效抑制伪峰信号.所设计的应用双通道处理方法的探头可同时有效检测三种类型的缺陷,并且脉冲涡流检测所具有的缺陷深度定位特征也仍然有效.     

基于偏心阵列的油气井双层管柱损伤检测

针对双层管柱损伤检测方向识别能力差的问题,提出了基于偏心阵列的油气井双层管柱损伤检测方法。在井下瞬变电磁信号模型基础上,推导了偏心探头在双层管柱结构中的瞬变电磁响应。此外,结合双层管柱无损检测原理,利用Comsol仿真分析了基于偏心探头的双层管柱损伤检测方法。仿真结果表明偏心探头可以获得更多偏心方向上的敏感信息,使用多个不同方位角的偏心探头组成的偏心阵列能够获得双多层管柱损伤的方位信息。最后,通过现场试验对该方法进行了验证,结果表明偏心阵列可以实现双层管柱的定向检测,有效提高双层管柱损伤检测精度。     

低阶扭转模态电磁声阵列传感器研制及其在厚壁小径管中的试验研究

管道检测是发电厂热力设备安全的重要问题,由于高温以及检测区域的限制,常规无损检测方法很难满足电站管道检测要求。低阶扭转T(0,1)模态导波,由于其非频散特性,对管道缺陷大范围检测十分有效。为在管道中实现非接触激励T(0,1)模态,设计并研制了一种电磁声阵列传感器。利用所研制的电磁声阵列传感器,实现了厚壁小径管中T(0,1)模态激励和接收。通过优化电磁声阵列传感器各元件间不同连接方式可知,当各元件并联连接时,不仅提高了所激励信号的能量,还抑制了其它模态产生。同时测试了电磁声阵列传感器的频率特性,并对有周向人工缺陷的样管进行检测。试验结果表明,该电磁声阵列传感器可以实现对样管中周向缺陷的检测与准确定位,为在管道中激励接收T(0,1)模态并实现非接触检测缺陷奠定了基础。     

漏磁结合涡流的非铁磁性金属材料探伤研究

针对非铁磁性金属的内外壁损伤检测问题,设计了一种中低频的交流电磁场检测模型,对漏磁及涡流效应在交流电磁场检测中的耦合机制进行了分析,并制作电磁检测装置进行实验验证。基于COMSOL有限元仿真建立二维仿真模型,针对不同深度、不同大小的表面缺陷及埋深缺陷进行仿真检测,得到相应的检测线圈电压幅值、相位与缺陷深度的关系;以仿真结果为基础制作了电磁检测装置,并对非铁磁性金属待测试件进行检测,结果表明,制作的电磁检测装置可以穿透18 mm不锈钢板检测到高5 mm、长12 mm的矩形埋深缺陷及上表面深3 mm、Ф5 mm的微型圆孔缺陷。结果表明,低频激励信号对于待测试件的上下表面缺陷均有良好的检测效果,而中频激励信号仅适用于上表面缺陷检测。     

分布式光纤Bragg光栅振动加速度测量及其系统的研究

本文基于连续波调频、波分、光纤光栅测量等技术，利用分布光纤光栅阵列设计了加速度实时测量系统。系统中，利用微机械技术设计加速度测量探头；应用连续波调频技术、波分技术实现串、并联光栅信号的解调。应用扫描滤波技术实现信号的辨识。本研究可完成低频微振动加速度信号多点测量。