基于GMR效应的非铁磁性金属材料裂纹涡流检测技术及其系统研究

【摘要】： 现代重大设备大多数在高温、高压、高速、高负载条件下运行,其重要部件广泛采用新型合金材料,特别是非铁磁性合金材料,如果部件中带有裂纹或者在设备运行时产生裂纹,就会降低设备的运行质量,降低设备运行的安全性,甚至导致恶性事故发生。因此,进行非铁磁性金属材料裂纹的检测技术与系统的研究和开发具有保障重大设备安全运行的重要意义。本论文结合国家自然科学基金项目“多层导电结构深层缺陷电涡流定量化检测与评估的新方法研究”(项目编号:50505045)和国家863计划项目“重大产品和重大设施寿命预测技术专题”(项目编号:2008AA042410),研究基于GMR效应的非铁磁性金属材料裂纹检测技术与系统,提出针对该技术的传感器评价体系,提出探头检测涡流磁场的检测性能的标定方法,进行系统设计以构建系统原型,开发实验标定探头性能,并验证裂纹检测的可行性。研究的主要内容及其章节安排如下: 第1章阐述了材料裂纹检测的意义;比较了常用裂纹检测方法;综述了涡流检测技术与应用的研究现状及发展趋势;论述了基于GMR效应的新技术及GMR传感器在涡流检测领域的应用;最后结合研究命题给出了本论文的总体框架,提出了本论文的研究内容。 第2章介绍了GMR效应的原理;分析了各种结构GMR的工作原理并指出相关技术应用的性能指标;分析了基于GMR效应的新技术尤其是其传感器技术的技术特点;提出了GMR传感器的评价体系,确定传感器的选型方法,并以论文的研究为例,选择GMR传感器。 第3章提出一种基于GMR效应的裂纹涡流检测技术。分析了常规涡流检测的工作原理和局限性;提出基于GMR效应的裂纹涡流检测技术的工作原理和理论基础,分析了裂纹处涡流的分布及其磁场特点,确定了基于GMR效应涡流检测技术对裂纹处涡流磁场的检测方式;总结了基于GMR效应的涡流检测技术的输出公式来指导该技术在裂纹检测方面的应用以及分析探头对涡流磁场的检测性能;根据输出公式,提出探头对涡流磁场的检测性能的标定方法。 第4章在研究基于GMR效应裂纹涡流检测技术的基础上,针对课题要求,分析基于GMR效应的裂纹涡流检测系统的组成,进行检测系统的硬件开发。 第5章进行实验研究。首先,为验证开发的检测系统原型是否有效,进行了系统的试运行;其次,为确定探头对涡流磁场的检测性能,开发探头性能标定实验;最后,为验证裂纹处的涡流磁场分析的正确性和系统应用于裂纹涡流检测的可行性,开发裂纹的涡流检测实验。实验结果表明所开发的基于GMR效应的裂纹涡流检测系统原型具有良好的检测能力和高的信噪比。 第6章对全文的研究开发工作进行总结,结合具体的科研项目对后续的研究开发工作提出展望与建议。