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电涡流检测系统开发及正向问题研究

龚翔  
【摘要】: 作为无损检测领域的检测方法之一,电涡流检测技术具有成本较低、检测速度快以及非接触式测量等特点,在航空航天、制造及核工业方面有广泛的应用。本文结合国家自然科学基金项目,围绕新型电涡流检测实验系统关键子系统的研究与开发以及电涡流检测的正向问题进行了较为深入的研究,主要工作和创新点如下: 1、研究了电涡流检测实验系统若干关键模块的实现和开发技术。设计了具有纹波小等优点的电源,实验表明其纹波在1mV之内;研究了探头信号平衡电路,以便充分利用后续放大电路的动态范围;采用对比分析方法,应用运放芯片加多路开关的设计方案,完成了程控增益放大功能,从而大幅提高装置的自动化程度;研究并设计了锁定放大及相敏检测电路,去除中频干扰能力强,相敏检测结果误差小于2%;为了充分利用采集卡的动态范围,设计了自动调零电路;使用MSP430作为控制核心,设计了控制器软件,实现了程控增益、自动调零、数据采集及串口通讯等功能。 2、开发了基于LabView的电涡流检测上位机软件。该软件具有信号采集、显示及存储等基本功能。显示窗口可提供阻抗分析法中X分量、Y分量、相位图和幅值四种信息。采用5阶中值滤波技术,有效地抑制了高频干扰;应用文本格式进行数据文件的存储,实现了检测数据的有效共享。提出并对比分析了数字相敏检测方案,开发了数字相敏检测软件,以实现硬件电路的简化。设计了串口通讯协议,该协议对命令帧和数据帧进行区分,且命令帧带和效验,实验验证了其可行性。 3、设计了一种包含三个巨磁电阻(GMR)传感器的电涡流检测探头,分析并指出该检测探头在多层导电结构检测中的可行性及优点。通过缺陷检测对比实验,分析了GMR传感器和线圈式传感器的特性,证实线圈式传感器的输出电压与激励频率相关,而GMR传感器输出电压与激励频率无关,这表明GMR探头应用于多层结构深层缺陷电涡流检测可行性和优越性比较突出。 4、推导并分析了多层导电结构的电涡流厚度检测阻抗变化模型,发现探头阻抗相角的变化几乎不受探头提离变化影响,并应用数值仿真和实验证实了该特性的存在,在此基础上,提出了利用阻抗平面图分析相角消除提离干扰的方法。


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