基于涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测方案可行性研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点和实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,搭建了疲劳裂纹监测实验系统。通过建立监测系统的三维有限元仿真模型,得到传感器工作时感应磁场和磁位矢量的分布规律,验证了监测方案的可行性。通过设计疲劳裂纹扩展试验,确定了涡流阵列传感器定量监测能力。等幅程序载荷谱作用下2A12—T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:提出的涡流阵列传感器能够有效定量监测裂纹的扩展,裂纹监测方案是可行的,监测精度达到1 mm。仿真结果表明:传感器在工作时磁矢量位的分布关于激励线圈导线中心对称,在激励线圈导线中间达到最大值,同时裂纹存在时感应通道归一化跨阻抗幅值比增大10%。     

基于半解析模型的花萼状涡流传感器损伤监测灵敏度分析

针对金属螺栓连接结构的孔边疲劳裂纹监测需求,介绍了一种具有柔性平面特点的花萼状涡流传感器,构建其损伤监测半解析模型,并通过半解析模型分析激励频率和传感器结构参数对监测灵敏度的影响,最后利用柔性电路板工艺制备出传感器,并进行2A12铝合金中心孔板试样疲劳损伤监测试验验证花萼状涡流传感器的疲劳裂纹监测能力。损伤监测灵敏度分析结果表明在不同提离距离下传感器具有最优灵敏度频率点,且随提离距离的增大,最优灵敏度值减小,最优频率点降低。传感器线圈厚度越小灵敏度越高,且感应线圈与激励线圈之间的水平间距越大则传感器的损伤监测灵敏度越大,而感应线圈与激励线圈宽度比值对传感器的损伤监测灵敏度影响较小。监测试验表明,除第一个通道以外,传感器其它感应通道归一化跨阻抗幅值随疲劳载荷次数变化曲线的拐点对应的即为裂纹扩展到相应通道下方的疲劳载荷次数,而第一个通道的拐点可以初步确定试件的累积损伤起始点。     

柔性矩形涡流阵列传感器裂纹检测性能研究

针对飞机金属结构广布疲劳损伤的检测需求,介绍了一种柔性矩形涡流阵列传感器,通过有限元模型分析了其裂纹响应特性,并搭建模拟裂纹检测系统.通过试验研究了传感器的裂纹检测特性,优化了裂纹检测频率.研究表明:当裂纹"扩展"进入感应线圈的检测范围时,输出信号的幅值开始快速增加,若以各感应线圈幅值信号开始快速增加的"拐点"作为特征量,就可实现裂纹长度的定量检测;当归一化激励频率为0.3时,传感器的裂纹检测能力达到最优.     

阳极氧化膜对花萼状涡流阵列传感器裂纹监测的影响

针对飞机铝合金结构件表面具有阳极氧化膜的实际,制备具有不同厚度阳极氧化膜的2A12-T4铝合金试件,搭建疲劳裂纹监测系统,对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性进行了研究.研究表明:花萼状涡流阵列传感器可以对具有阳极氧化膜的铝合金结构疲劳裂纹进行有效监测,监测精度为1 mm;但阳极氧化膜的厚度会对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性产生显著影响,随着阳极氧化膜厚度的增大,传感器的输出信号幅值增加,裂纹监测能力明显降低.     

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.     

花萼状涡流阵列传感器裂纹在线定量识别算法

针对传统涡流检测逆向算法难以满足结构健康监测技术对实时性、在线以及算法复杂性低的要求,介绍了一种花萼状涡流阵列传感器,分析了传感器感应线圈输出信号在裂纹扩展过程中的变化特点和规律,提出了基于裂纹特征在线提取的裂纹在线定量识别算法,并通过304不锈钢和TC-4钛合金的疲劳裂纹在线监测试验对算法的有效性进行了验证。研究表明：采用滑动窗口分析方式,对窗口内数据流进行最小二乘回归和递推最小二乘回归,依据回归参数和阈值可以对裂纹特征进行有效识别,进而实现裂纹的在线定量监测。     

基于涡流阵列传感器的飞机结构疲劳寿命自动化监测研究

为提升飞机螺栓连接结构疲劳裂纹监测准确率,准确监测飞机结构疲劳寿命,提出了基于涡流阵列传感器的飞机结构疲劳寿命自动化监测研究.构建矢量电磁场量空间扩散方程,在层状介质空间中通过分离变量获取磁矢解析通解在无穷大介质空间内实现解耦,由此确定截面处电磁场量边界条件,分析提离距离与监测灵敏度之间关系.通过对半解析建模对涡流阵列...     

涡流阵列检测修正C扫描成像技术研究

基于涡流阵列无损检测平台和涡流阵列传感器,简单介绍了涡流阵列C扫描成像过程.针对涡流阵列C扫描成像方法中线圈单元点扩展函数卷积效应导致缺陷图像模糊和图像中裂纹位置与实际裂纹所在位置存在位置差等问题,利用涡流阵列特征提取方法和图像分割、边缘提取、细化处理等图像处理方法,提出了可以较为准确反映裂纹位置、长度、方向等特征信息...     

钛合金结构疲劳损伤监测实验研究

飞机钛合金结构损伤的监测,对于保证飞行器的安全具有重要的意义。提出了一种涡流阵列传感器,并通过搭建监测系统,进行了TC4钛合金不同宽度裂纹扩展模拟监测实验研究。研究结果表明：当钛合金出现裂纹后,传感器各通道的输出信号与无裂纹的基准信号有较大的变化,并且随着裂纹宽度的增加,输出信号幅值比增大。同时,模拟监测实验研究表明：传感器能够准确地识别和定量监测裂纹,精度达到1mm。     

平板表层缺陷检测涡流阵列传感器的设计

基于互感式传感器涡流检测的数值计算方法,综合检测灵敏度和空间分辨率对涡流阵列传感器线圈单元不同中心距、平均半径、高度等参数进行了分析.提出了与涡流阵列检测不敏感区域密切相关的参数--线圈单元组有效检测区域比率,基于该参数进行了涡流阵列传感器排布方式的优化设计.研究结果表明:相同检测条件下,线圈单元平均半径越小,线圈单元...     

柔性涡流阵列传感器的磁场计算分析

设计了一种由6个阵列单元（螺旋线圈）所组成的柔性涡流阵列传感器,基于电磁场理论建立柔性涡流阵列单元的电磁场模型,推导出柔性阵列单元线圈径向和轴向的磁场强度计算公式,仿真分析阵列单元线圈磁场强度与电流、线圈间隙、内外径等参数的关系,对柔性涡流阵列传感器的发展具有一定参考价值。     

基于阵列涡流技术的裂纹特征量研究

阵列涡流传感器能够实现导电材料的大面积高速扫描。不同走向的裂纹对线圈间互感的影响是不同的,因此,测量线圈间的互感能够获得更多的缺陷信息。利用ANSYS软件对横向和纵向裂纹进行了三维有限元仿真,得到了相应的阵列涡流敏感线圈感应电动势幅值变化曲线。仿真结果表明:通过测量线圈间的互感,可以实现对裂纹长度和方向等特征量的检测。     

基于二阶矢量位的线圈横向移动三维涡流理论建模

针对电涡流传感器探头线圈相对导体横向移动时阻抗变化的涡流问题,以二阶矢量位电磁理论为基础,在直角坐标系下,推导出线圈相对导体横向移动时的阻抗及阻抗变化量公式,建立其电磁场三维涡流理论模型,且通过试验验证了模型的正确性.使用Mathematice软件建立模型计算分析线圈几何尺寸(内径、厚度、线宽、线间距)对传感器灵敏度的影响,为合理选择线圈参数和优化传感器性能提供参考.     

电涡流式油液磨粒监测传感器的研究

近年来,油液监测技术领域的研究和开发的热点集中在油液在线监测方法上。为此提出一种电涡流式基于PCB平面线圈传感器的油液磨粒监测方法,首先通过电磁仿真软件Maxwell进行平面线圈的电磁仿真,获得最优PCB平面线圈的结构设计;然后采用电桥法设计了传感器测量电路,运用模数转换原理设计了信号调理电路;最后制备了此传感器。经过试验,其结果表明:该传感器具有良好的线性度及灵敏度。该研究为微型传感器加入油液磨粒监测技术提供一种可行的方法,不仅缩小了传感器体积,而且降低了监测成本。