基于脉冲涡流技术的柔性平面差分探头设计北大核心CSCD

针对涡流探头对导电材料的表面和内部裂纹检测能力的不足,基于脉冲涡流检测技术设计了柔性平面差分探头,结合脉冲涡流检测的宽频谱和柔性平面差分线圈高信噪比的特点,可以在较大提离下检测表面缺陷以及检测更大埋深的内部缺陷。对铝试件表面及内部缺陷检测进行了仿真与试验研究。仿真结果表明柔性平面探头产生的涡流能够有效渗透至试件底部,缺陷造成的涡流扰动产生时间随缺陷深度增加而增大。检测信号的电压峰值大小与峰值时间仍可用于识别缺陷深度,时间剖面曲线的正负相反峰波形信号特征可用于识别裂纹。实验结果表明柔性平面探头能够检测8.55 mm提离下的表面裂纹以及无提离下埋深4.8 mm的内部裂纹。同时,检测电压信号峰值对不同试件的裂纹深度进行定量,仿真与试验结果一致。     

线圈弯曲角度对柔性涡流传感器缺陷检测能力的影响

采用有限元仿真和实验方法分析了圆形线圈处于不同弯曲角度时,柔性涡流传感器对模拟裂纹缺陷方向角及深度的检测能力变化规律。结果表明:圆形线圈弯曲导致各向均匀涡流场朝单向涡流场转变,无论是工作于自感还是互感检测模式下,柔性涡流传感器对不同方向裂纹缺陷的检测灵敏度均降低。对于90°裂纹,当线圈弯曲角度为30°时,自感和互感模式的检测灵敏度分别下降约7%和45%。线圈弯曲导致传感器对裂纹方向、深度的识别能力随线圈弯曲角度增大而单调下降。相比自感模式,互感模式下柔性涡流传感器对裂纹方向及深度的识别能力更佳。线圈与曲面贴合造成的弯曲对传感器性能的影响不可忽略,在设计柔性涡流传感器时应合理选择弯曲角度范围。     

绝对式科赫分形平面涡流传感器裂纹检测性能研究

针对传统涡流传感器会忽略特殊方向短裂纹的缺点,提出了一种绝对式科赫分形平面涡流传感器,其激励线圈和信号拾取线圈均采用基于分形自相似理论的科赫雪花曲线。首先,对具有相同尺寸的科赫和圆形传感器进行有限元分析。然后,针对不同长度、方向、宽度和深度的裂纹,对比分析两种传感器响应信号的差异。最后,搭建实验系统对有限元分析结果进行验证。研究结果表明,对于不同长度、方向和宽度裂纹的探测,有限元分析结果与实验结果定性一致;在3和5 mm长的裂纹检测中,科赫传感器输出信号变化量比圆形传感器至少高出40%;在不同方向裂纹检测中,对于难检测方向的90°裂纹,科赫传感器比圆形传感器至少高出49%;在不同宽度裂纹检测中,科赫传感器的信号变化量比圆形传感器至少高出29%;在不同深度裂纹检测中,科赫传感器比圆形传感器至少高出6%;相对圆形传感器,科赫传感器对短裂纹探测的优势更加显著。该研究结果对平面柔性涡流传感器电磁感应结构的设计具有重要的参考意义。     

钢桥疲劳裂纹几何特征对涡流检测信号影响规律研究

针对常规钢桥面板疲劳裂纹检测手段只能贴合表面进行检测的问题,引入涡流检测方法,实现对钢桥面板表面疲劳裂纹的检测。搭建了涡流检测实验平台,设计研发了涡流检测探头,对不同尺寸疲劳裂纹进行横向扫查,研究了不同长度、宽度和深度特征的疲劳裂纹对检测信号的影响规律。并建立有限元仿真模型,模拟疲劳裂纹扫查过程,验证了钢桥面板疲劳裂纹涡流检测方法的可靠性,为后续疲劳裂纹尺寸精准测量提供依据。实验结果显示：设计的空心圆柱形检测探头能够实现最小尺寸为长度60 mm、宽度0.2 mm、深度5 mm的表面裂纹缺陷的定位检测;检测信号的幅度变化值与裂纹长度、宽度、深度在一定范围内均成正相关,裂纹长度和深度对检测信号影响较大,裂纹宽度对检测信号影响较小。     

基于新特征量的脉冲涡流裂纹缺陷定量检测仿真分析与试验研究

应用脉冲涡流对裂纹缺陷进行定量检测是无损检测领域的研究热点。为进一步优化脉冲涡流无损检测技术的设计,深入理解其原理和找出其对裂缝缺陷检测的特点就变得尤为重要。在此采用脉冲涡流技术对金属平板中的裂纹缺陷进行检测,在分析脉冲涡流工作原理的基础上,应用ANSYS仿真软件建立检测线圈放置方向不同的三组仿真模型,分别研究裂纹缺陷对脉冲涡流空间三维磁场分布的影响规律,提出对裂纹缺陷长度和深度进行定量的新特征量,得出用垂直于平板表面方向磁场分量定深和用沿缺陷方向磁场分量定长的结论。采用试验的方法对仿真结果进行验证,试验结果与仿真结论相一致,证明所提取出的缺陷定量特征量的正确性。     

涡流热成像裂纹检测中的形状大小影响分析

涡流热成像无损检测技术可以对金属表面裂纹进行快速、准确的检测,但是不同的线圈、试件以及裂纹大小对检测效果影响很大。通过建立感应加热二维模型,选取裂纹处与非缺陷处温差作为特征量,对不同组成部分形状大小对涡流热成像检测的影响规律进行了数值模拟;对比分析了不同裂纹深度下温差随体积深度比的变化规律,采用数据拟合方法研究了相似裂纹检测规律,并提取出试件形状以及线圈形状对检测效果的影响曲线;最后进行了涡流热成像试验验证。结果表明:当裂纹深度较大时,体积深度比影响规律可分为上升阶段、平稳阶段和下降阶段;相似裂纹间温差变化符合二次变化规律;涡流热成像技术可有效检测超大或超厚试件表面裂纹;减小线圈提离、曲率和线径的大小有助于增强检测效果。实际检测过程中,可据此针对不同被检试件采用不同线圈,提高检测能力。     

涡流检测焊缝裂纹缺陷的有限元仿真

缺陷的定性/定量分析一直是涡流检测中的难点问题.为了研究裂纹缺陷的尺寸、埋深深度和截面形状对检测结果的影响,基于Maxwell 3D涡流场分析的方法,建立了双线圈传感器的涡流检测模型,重点对工件周围受缺陷扰动的感应磁场分布变化进行了有限元仿真研究.结果表明:通过分析感应磁场分量的变化可以实现裂纹缺陷定性/定量评估,为下一步船舶焊缝裂纹缺陷的在线检测提供了有价值的参考.     

钢板表面裂纹微波检测机理分析北大核心CSCD

针对钢板表面裂纹检测的问题,提出了钢板表面裂纹的微波检测方法。基于麦克斯韦方程,计算出矩形波导内的电场及磁场分布方程,推导出矩形波导壁的管壁电流方程,阐述钢板表面裂纹处的微波信号形成机理。对裂纹处的反射系数及回波损耗、波导内各处的管壁电流进行分析、计算,由管壁电流分析钢板表面不同角度的裂纹的回波损耗,阐述了微波裂纹信号产生机理,对不同深度的裂纹信号进行分析,随着裂纹深度的增加,微波回波损耗幅值的绝对值增加,微波反射系数的绝对值减小。结果表明,钢板表面裂纹的存在阻碍了管壁电流的传播,微波反射波产生回波损耗;钢板表面裂纹处的回波损耗与裂纹深度、角度有关,随着裂纹深度增加,回波损耗绝对值增加,微波反射系数增加;随着裂纹角度的增加,回波损耗绝对值增加,微波反射系数减小,利用不同角度微波检测探头,实现微波对进行钢板表面裂纹的全方位检测。     

铝合金结构疲劳裂纹监测研究

针对航空器金属结构裂纹扩展监测的特点和需要,文中提出了一种基于柔性平面的非对称涡流阵列传感器,构建了其半解析正向模型,优化了传感器工作频率、提离距离等参数。然后搭建了基于涡流阵列传感器的结构裂纹在线监测系统,开展了2A-12铝合金裂纹扩展监测实验。模型仿真结果表明:非对称涡流阵列传感器存在最优工作频率,随着提离距离的增加最优工作频率值减小。实验结果表明非对称涡流阵列传感器实现了对2A-12铝合金半孔板试样的实时裂纹监测,监测精度达到了1 mm。     

基于双轴 TMR 电磁传感器的裂纹检测方法研究

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B_x、B_y畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15 mm×0.2 mm、深度大于3 mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。     

不锈钢表面裂纹方向电磁检测方法

针对传统交流电磁场检测表面不定方向裂纹容易出现漏检的问题,研究了旋转磁场下感应电流方向、裂纹方向变化对平板表面裂纹检测幅值的影响,推导了裂纹走向角度与平面磁场分量波谷幅值的关系表达式,从检测机理角度提出了裂纹方向判定方法及影响因素.建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型,开发了基于双U形激励和高分辨率隧...     

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。     

脉冲涡流方法过油管检测套管横向裂缝研究

油井套管横向裂缝是可能导致套管断裂的严重危害性缺陷。通过有限元仿真与实际试验,研究利用脉冲涡流检测技术使用横向探头通过油管检测套管的横向裂缝缺陷的问题。仿真给出不同检测方式的管道涡流分布、磁场分布及其变化,以及接收线圈的电压。从仿真结果可观察出,套管壁涡流最强的区域并非横向探头正对的区域,而是平行于横向探头轴线的区域。横向裂缝平行于横向探头轴线时对涡流场的扰动最大。磁场的分布及其变化规律与涡流场情况类同。据此可解释为何横向探头轴线平行于横向裂缝时检测灵敏度会高于横向探头轴线垂直于横向裂缝时。实际的检测试验结果与仿真结果一致,并且显示了实际检测中横向探头轴线平行于横向裂缝时的检测灵敏度显著高于垂直于裂缝时。     

Characteristics of Eddy Current Attenuation and Thickness Measurement of Metallic Plate

In eddy current testing, the law of attenuation of eddy current(EC) is of great concern. In conductive half space under the excitation of uniform magnetic field, the EC density decreases exponentially in the depth direction. However, in conductor with finite thickness tested by coil, the distribution of EC in the depth direction is more complicated. This paper studies the characteristics of EC attenuation in metallic plate of finite thickness. Simulation results show that there is an EC reflection at the bottom of plate, which changes the law of EC attenuation. A new concept, namely the equivalent attenuation coefficient, is proposed to quantify the speed of EC attenuation. The characteristics of EC attenuation are utilized to explain the nonmonotonic relation between coil voltage and plate thickness. Procedure of selecting frequency is discussed. Thereafter, measurement of plate thickness is carried out and accurate result is obtained.     

H型电磁测厚涡流传感器的时域仿真研究

针对3种典型激励方式(正弦波、三角波及方波)对H型传感器在金属铝板测厚性能方面产生不同影响的问题,提出了先利用Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器进行时域仿真分析,然后用基于数据采集卡的测厚系统进行验证的方法。首先采用了Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器和金属铝板的建模,分别求解出在3种不同激励信号及不同铝板的厚度下的传感器的感应差压信号,比较分析了所得到的差压信号;然后采用基于凌华DAQ-2205数据采集卡的测厚系统和H型传感器对不同厚度的金属铝片进行试验验证。实验以及研究结果表明:实验涡流测厚系统获得的数据与仿真计算的结果基本相符,由此表明通过利用Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器进行时域仿真分析的方法可以获得H型差动式传感器在金属铝板测厚中的最佳激励信号。     

A simple forward direct problem solver for eddy current non-destructive inspection of aluminum plates using uniform field probes

In this paper we show that a simple algorithm used to model the eddy current inspection of an aluminum plate can be used to preview the acquired voltage signals. Thus, the algorithm is suitable to work as a forward problem solver to determine the expected measurement signal obtained with a uniform excitation field probe including a giant magnetoresistor sensor. The algorithm is based on a conformal transformation and is able to preview the shape of the electrical current lines when a metallic plate with a superficial straight crack is subject to a sinusoidal excitation field with constant amplitude and orientation in a bounded zone around the sensor element. Simple and fast algorithms as the one presented in this paper are of paramount importance for testing inversion algorithms used to characterize defects in metallic plates.     

涡流阵列检测裂纹特征提取方法的研究

涡流阵列检测是一种可以对大面积平板和复杂形状关键件实施快速、有效检测的电磁无损检测技术.在简要阐述涡流阵列检测技术原理的基础上,设计制作了涡流阵列检测平台和涡流阵列传感器.基于涡流阵列6种激励检测模式,提出了裂纹长度和深度定量检测的方法.研究结果表明:裂纹长度可通过小波变换提取锁定放大输出幅值波形的特征点如波峰、波谷、拐点等的位置准确计算,裂纹深度可通过弹性BP神经网络对输出幅值波形波峰峰值的训练来较为准确地估计.