基于Overhauser效应的磁场梯度探测器

为提高单探头磁力仪在自然环境中的抗干扰能力,设计了一种基于Overhauser效应的双探头磁场梯度探测器。文中介绍了Overhauser效应的基本原理,对仪器的射频激发系统、信号调理系统和频率计做了详细的描述。论文分析了射频系统的不稳定因素,并给出解决方案。针对拉莫尔旋进信号,提出一种基于FPGA的多通道测频算法,并对比测试使用该算法前后的结果,分析了实验数据。同时对仪器双探头的数据一致性进行比对,给出了测试方法和测试结果。最后将该仪器和商用仪器进行室内、室外以及磁异常探测等对比试验,结果表明,其性能接近商用仪器水平,具有野外操作便捷、测量磁场精度高、抗干扰能力强等优点,证明了所研制的基于Overhauser效应的磁场梯度探测器在梯度测量中的有效性。     

基于巨磁阻抗效应的新型微磁近感探测技术

在分析FeCoSiB材料的非晶丝物理特性和巨磁阻抗效应的基础上,通过对现有磁传感器电路具体形式和算法的改进,设计了基于非晶丝巨磁阻抗效应和谐振桥路的新型微磁传感器探测电路,保证了系统的高灵敏度、快速响应及低功耗等特性.同时,基于巨磁阻抗理论,提出了用非晶丝微磁传感器取代普通磁性元件,并采用DSP+CPLD进行数据处理的方法,确保电路的实时性,为今后微磁近感技术在电子探测和定位方面的改善与提高提供了技术支撑.     

电感传感器及智能化磁法涂层测厚仪

文中论述了磁性金属基体上非磁性涂层厚度的测量方法,首先介绍了电感传感器的测量原理,而后介绍了磁法测厚仪的智能化设计。     

用于磁电阻率探测的矢量线圈传感器设计与优化

磁电阻率(MMR)探测方法作为一种新型的堤坝渗漏探测方法,采集数据时主要依靠线圈传感器,针对MMR信号对要求灵敏度高,需要精准矢量采集的特点,本文设计了一款三分量MMR空心线圈传感器。通过对传感器灵敏度与线圈结构参数的分析,对线圈的结构、匝数进行了设计;通过对传感器噪声源分析,选定了适宜的放大器,进一步降低了系统的本底噪声;通过对三分量不正交角度的分析,对线圈的不正交角度进行了参数校正。最终研制了一款三分量MMR线圈传感器。其体积控制在0.027m3,X、Y、Z三分量本底噪声为5.030 435nV/(Hz)^1/2@380Hz,三通道的磁场探测灵敏度为0.189 95pT/(Hz)^1/2@380Hz,三通道一致性良好,三分量校正误差控制在0.2%以内。     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型

针对油气管道磁记忆检测受方向影响较大且缺陷边缘精确识别困难的问题,提出了一种基于改进梯度下降算法(MGD)优化的磁梯度张量组合不变量算法模型,用于管道缺陷边缘的精确识别。以L245N管线钢为试验材料,预制不同深度、不同直径的圆孔状缺陷,设计磁梯度张量测量系统,结合TSC-5M-32型磁记忆仪进行检测实验,获得管道的磁梯度张量矩阵。为克服检测方向对磁记忆信号的影响,分别提取磁梯度张量第二、第三不变量I₁、I₂,进一步考虑这两种不变量在缺陷边缘处易出现模糊,根据Cardano公式对两种不变量进行改进,并分别设置权值a、b进行叠加获得组合不变量I,利用分数阶求导改进梯度下降算法确定最优权值,建立管道缺陷边缘磁记忆识别模型。研究结果表明：该模型对缺陷边缘识别平均相对误差为3.59%,最大相对误差为6%,为实际工程中管道缺陷边缘精准识别提供了可行办法。     

航向测量系统中三轴磁传感器标定的等效两步法

针对航向测量系统中三轴磁传感器误差参数标定问题提出了等效两步法。通过奇异值分解将测量模型等效为一组坐标变换,分析误差参数的几何意义及等效变换方法的意义与特点,依据几何意义将标定过程分为两步进行,即等效传感器坐标系标定及等效非对准标定。利用椭球面方程系数计算等效传感器坐标系误差参数,明确椭球法标定参数的几何意义;应用主成分分析法进行等效非对准标定,分析传统主成分分析法产生符号错误及非正交问题的原因与影响,并研究符号修正与正交修正方法。等效两步法的标定过程不需要航姿参考、地磁信息及辅助传感器,实验表明其航向角校正精度与点积不变法相当。     

助基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法

金属磁记忆是对铁磁材料早期微观损伤及应力集中进行无损检测的有效方法。为提高磁记忆检测的可靠性,充分利用磁记忆信号的矢量信息,将磁梯度张量测量及分析方法引入磁记忆检测中。根据张量缩并分析理论得到了磁记忆信号的磁梯度张量模量,通过求解梯度局部相位的一阶导数得到信号的梯度局部波数,然后分析信号的磁梯度张量模量和梯度局部波数分布特征,得到磁梯度模量和梯度局部波数极值点分别与应力集中边界和中心位置的对应关系。实验结果表明：磁梯度张量方法能够克服检测方向与缺陷夹角变化对测量信号的影响,准确地对应力集中进行判断。     

基于时间域电磁系统的近地表小目标识别

时间域电磁系统被广泛地用于管线探测、考古和未爆物排查等近地表小目标探测领域,但异常目标的特性反演是一个难点,造成探测的虚警率和排查成本大大提升。提出一种三维正交磁偶极子等效模型和一种目标参数综合方法,通过反演等效磁偶极子的时间衰减特性并由此综合出目标的大小、材料和形状等参数。基于所研制出的便携式时间域电磁系统来验证方法的有效性,实验表明,基于磁偶极子时间衰减特性综合出的目标特征均可以有效地对目标进行识别,为近地表小目标特性识别的应用奠定了基础。     

基于磁场梯度测量的磁记忆试验

金属磁记忆检测是无损检测领域的新技术。为探索以磁场梯度为判据的磁记忆检测方法,采用自制的专用磁场梯度检测仪,在地磁场环境对棒状低碳钢进行拉伸试验。结果显示磁场梯度与应力的关系随测量方法不同有很大差异。当将试件原位放置在拉伸机上测量时,磁场梯度与应力之间没有确定的关系;当将试件从拉伸机上取下测量时,磁场梯度与近期曾经受到的最大应力成线性关系。通过测量铁磁性构件表面的磁场梯度,为非破坏性测量应力提供新途径。另外,磁记忆信号会随试件取下后搁置时间而逐渐减弱的事实,表明用金属磁记忆技术检测应力集中具有时效性。     

基于变型波的超声TOFD近表面检测新方法

为了解决传统衍射时差法超声检测技术(TOFD)法对埋藏在近表面的缺陷波无法辨识及近表面区域的测量误差大、深度分辨力差等近表面盲区问题,提出了一种新的近表面检测方法。该方法利用变型波波速较慢的特点,通过计算变型波、直通波及底面反射波,得出了变型波在纵波检测窗口出现的条件,并利用变型波对缺陷进行检测,以减小测量误差并提高检测分辨力,有效地解决了TOFD近表面盲区问题。在10个不同深度的人工缺陷中,对采用基于变型波的检测方法和传统检测方法的实验结果进行了比较和分析,并分别计算了其测量误差及检测分辨力。实验结果表明,该方法能够识别传统方法无法辨识的近表面缺陷,可有效检测到埋藏深度2.0 mm的人工缺陷,同时,该方法具有较高的测量精度和分辨力。     

斜拉索表层断丝缺陷漏磁检测圆环阵列传感器

针对直径95 mm的斜拉索,建立了三维磁偶极子模型,计算分析了断丝缺陷圆截面的均布磁荷在三维空间形成的漏磁场,重点讨论了单根断丝形成的轴向漏磁场分量在空间的分布规律。构建了轴向漏磁场分量扫查系统,实验验证了模型对单根断丝漏磁场计算结果的准确性。采用-6 d B阈值法确定了轴向漏磁场分量在圆周方向的有效扩散角度约为±6°,以此确定了圆环阵列漏磁传感器的最低阵元数量为30。研制了适用于斜拉索表层断丝缺陷检测的圆环阵列传感器,在提离距离为8 mm的条件下实现了斜拉索表层多处断丝缺陷的扫查成像与定位,并对比分析了阵元数量对成像质量的影响。为研制大直径斜拉索表层缺陷漏磁检测圆环阵列传感器提供了方法借鉴。     

基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法

针对传统磁源参数反演方法中存在受噪声影响大、对多个磁源参数反演能力差的问题,提出了基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法。首先,将磁传感器阵列测量得到的磁张量数据转化为归一化磁源强度并向上延拓,降低归一化磁源强度数据中高频噪声的影响。然后,利用基于归一化磁源强度的改进倾斜角对磁源的水平位置进行估计,其中计算区域内正极值的极大值点为磁源的水平位置。最后,根据归一化磁源强度的欧拉同性质方程,提出改进的磁源深度估计方法,实现了对磁源的深度和磁矩进行单点估计。仿真和实验结果表明,与Nara反演方法相比,本文方法不受地磁背景磁场的影响,对多磁铁识别的水平误差不大于0.08 m,深度相对误差不大于24.76%,且具有较强的抗噪性。     

Application of edge detection method based on image quality gradient for twin detection

An image quality based method was applied to quantitatively analyse the contribution of electrodeposited copper twinning. This method, based on the image quality as obtained from electron backscattering diffraction, involves three processes: hexagonal edge detection, thinning algorithm and twin determination. The twin density determined by the new algorithm was 65.61% which is higher than the twin density, 57.44% as determined by the Orientation Imaging Microscopy (OIM) analysis. The newly developed algorithm provides an alternative to twin boundary detection.     

基于视觉传感的焊缝中心识别技术研究

在焊接过程中通过CCD视觉传感器获取熔池和焊缝图像，采用多种滤波去噪技术和边缘检测技术对图像进行滤波和边缘检测试验，并对各种处理方法进行了比较和分析，得出了一种相对最佳的实时识别焊缝特征的组合图像处理方法。试验结果表明，对焊接图像采用wiener滤波和Canny边缘检测能较好的提取焊缝中心位置的特征信息。     

基于改进遗传算法的三轴磁场传感器校正方法研究

针对三分量磁场传感器存在三轴非正交性、三轴灵敏度不一致和零点偏移误差,不能满足磁场精确测量的问题,提出了一种基于改进遗传算法的三轴磁场传感器校正方法.建立了实际传感器的测量模型,分析了误差产生的机理,研究了误差校正的方法,设计了基于遗传算法和改进遗传算法的校正参数求解过程,通过仿真实验和实测实验,验证了校正方法的有效性和改进遗传算法的快速性,经校正后的三轴磁场传感器的测量精度得到大大提高.     

一种基于梯度和零交叉点的图像边缘检测新方法

本文提出了一种基于一阶导数局部极大值和二阶导数零交叉点的图像边缘检测方法。许多传统的边缘检测方法，尤其是一些基于二阶导数零交叉点的方法，对于信号中的噪声比较敏感使得边缘信息不能完全准确地检测出来，而本方法可以较好地解决这些问题。本文提出的算法是先计算出像素一阶导数的局部极大值以及二阶导数对应的零交叉点，将两者进行比较，删除那些二阶导数是零交叉点但一阶导数不是局部极大值的像素点，最后把剩下像素连接起来，即是图像边缘。实验研究结果表明该方法具有良好的边缘检测效果和鲁棒性。     

基于KPCA残差方向梯度的故障检测方法及应用

针对核主元分析(KPCA)在应用过程中非线性映射不存在原像、故障变量无法辨识、工程应用困难等问题,提出了一种改进的KPCA残差方向梯度故障检测方法。利用主元统计量和残差统计量的偏微分之间存在着相关性这一性质,对与主元统计量相关的格拉姆矩阵偏微分中间计算过程进行优化,提出一种新的KPCA残差方向梯度算法,在此基础上结合统计量形成系统故障检测的新方法。非线性系统仿真表明,改进的KPCA残差方向梯度法不仅具有较优的故障变量辨识能力,还极大地减小了计算量,缩短了计算时间。大型热力系统的应用进一步表明,无论对于单故障和多故障的情况,方法均具有较好的故障检测能力,并且不存在残差污染,易于工程实现。