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涡流与电磁超声复合无损检测技术研究

唐华溢  
【摘要】:随着现代工业高速发展和重要装备安全监测与安全保障要求的不断提高,无损检测技术将面临更多的困难和挑战,有时单一的检测方式已无法满足实际的检测需求。有效结合不同检测方式的优势以完成更加复杂的检测任务具有重要的实际意义。本文结合国家自然科学基金项目,围绕涡流与电磁超声复合检测原型系统开发、信号处理、缺陷检测等技术开展研究,实现了板状导体缺陷的涡流/电磁超声非接触式复合检测。 主要工作和创新点如下: (1)针对较厚板状导体不同深度缺陷的检测需求,提出了基于涡流与电磁超声的复合式检测方法。研究了涡流与电磁超声检测技术机理层和系统层的复合方法,从复合机理、检测方式、信号处理等方面分析了系统层复合的可行性。研究表明,涡流与电磁超声检测技术具有较强的互补性,系统层的复合式检测方法能有效提高扫查效率,提高对不同类型和不同深度位置缺陷的检测能力,为后续工作的开展提供了理论基础。 (2)在复合式检测机理研究和可行性分析的基础上,自主研发了涡流/电磁超声(ECT/EMAT)复合检测原型系统。重点研究了涡流检测装置信号发生和检测信号处理、电磁超声检测装置高频脉冲激励和信号接收、以及复合式检测方法的软件系统开发等技术。涡流检测装置开发方面,引入功率放大电路提高激励功率以提高检测效果,增加探头平衡电路对差分探头进行调零以减少环境噪声;电磁超声装置原型系统开发方面,主要研究设计了激励放大升压电路、接收电路以及阻抗匹配电路;软件开发方面,基于Labview和Matlab环境设计和开发了综合利用涡流和电磁超声检测信号进行缺陷分析的实时检测程序,开发了对涡流信号和电磁超声信号的实时采集、处理、存储以及对被测缺陷的定性判断和参数识别与分析功能。 (3)针对提离(探头与被测对象之间的距离)抖动、检测信号噪声等因素对缺陷检测的不利影响,研究了ECT和EMAT检测信号的预处理技术。通过对涡流检测探头阻抗模型的分析和研究,挖掘利用了提离变化时缺陷在探头上的阻抗成比例变化的特质,结合径向基插值提出了基于信号变换的提离抑制方法,将检测信号比例映射到零提离下信号,从而较好地抑制提离波动的影响;基于小波分析方法对检测信号噪声(主要以电磁超声检测信号为例)进行了抑制与去除。利用实验检测验证与分析了所研究方法的有效性。 (4)研究了基于ECT和EMAT信号的板状导体缺陷检测方法。采用支持向量机回归(SVR)算法进行了缺陷定量化分析研究,为了提高反演模型的小样本训练性能,利用粒子群算法(PSO)对SVR参数进行了优化;为了综合发挥ECT/EMAT检测方法的各自优势,提出了通过阈值方式选择有效特征量再进行机器学习的数据融合策略。开展了板状导体缺陷深度参数定量化检测实验,验证了所研究方法是有效的。 理论分析和检测实验结果表明,所自主开发的ECT/EMAT复合式检测原型系统,较好地发挥了两种方法的优点,可同时检测表层和内部缺陷,提升了深层缺陷检测能力和缺陷参数识别能力,对于重要装备无损检测与评估具有重要的应用价值。


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