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《国防科学技术大学》 2005年
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基于场量测量和频率扫描技术的电磁无损检测技术研究

康中尉  
【摘要】: 新材料、新方法、新理论的研究是无损检测发展的基础,缺陷的可靠识别和定量检测,以及在此基础上实现的无损评估是其主要的研究内容。本文以电磁场理论为基础,以仿真分析和实验研究为手段,对缺陷的信号特征及其检测理论和方法进行了深入地研究,实现了不同方法对多种材料或制件的无损检测,主要研究及创新内容如下: 在对基于场量测量的涡流检测理论进行深入研究的基础上,提出了“缺陷环”识别模型的修正算法,建立了“斜率比值”缺陷识别模型及其实现算法,完成了不同类型缺陷的自动识别以及长度的精确测量,提高了检测的速度和可靠性。 在利用频率扫描技术的基础上,提出了基于拐点频率的涡流检测缺陷深度测量方法,对影响测量的多种因素进行了分析和实验研究,得到了最佳的测试位置和测试方法,建立了拐点频率和缺陷深度的定量关系,为深度的测量提供了新的途径。 在国内首次对交变漏磁检测技术进行了研究。从其检测原理出发,在与上述涡流检测信号特点进行比较的基础上,一方面,利用“斜率比值”识别模型实现了对板材、管材、棒材等表面缺陷的检测;另一方面,利用交流信号的信息实现了基于拐点频率的深度测量方法在该技术中的应用。从而解决了该技术的实际应用问题,同时也充分体现了涡流检测和交变漏磁检测在缺陷信号特征方面的一致性。 为明确利用涡流检测和交变漏磁检测对不同类型缺陷检测的信号特点,提出了以矩形缺陷为基本单元的信号分析方法,该方法将任何形状的缺陷都用若干个最简单的矩形缺陷表示。通过涡流检测的实验研究以及交变漏磁检测的仿真研究,验证了利用上述分析方法对不同规则、不同形状的缺陷进行研究的可行性。 作为上述研究内容的应用实例,讨论了螺纹紧固件中缺陷的检测问题。为实现螺纹区域中的缺陷检测,提出了提取局部极大值的缺陷识别方法;并根据位置的不同将缺陷分为螺杆结合部缺陷、螺纹区域缺陷以及螺纹尾部缺陷三类,对每类缺陷的信号特点进行了分析,给出了缺陷检测的判据,并通过实验验证了识别方法的可靠性;最后对螺栓头杆结合部的缺陷检测进行了实验研究,并根据信号特点建立了相应的缺陷检测方法。 物理实现方面,根据所需激励电磁场及检测信号的特点,设计了由基于矩形磁芯的激励线圈和三个相互正交的线圈作为磁测量传感器组成的新型涡流检测传感器,同时也设计了由基于U型磁芯的激励线圈和两个正交霍尔元件作为磁测量传感器组成的新型交变漏磁检测传感器,建立了数字频率扫描信号源以及基于正交型LIA的三维时变磁场测量系统。 综上所述,本文在研究场量测量和频率扫描技术的基础上,利用同一硬件系统实现了涡流检测和交变漏磁检测的缺陷识别和深度测量,同时也实现了螺纹紧固件的缺陷检测。利用多种方法对缺陷进行检测不但提高了缺陷识别的可靠性,减少了漏检、误检情况的发生,而且也适应了无损检测仪器高智能化、自识别、自动测试的发展要求。
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