脉冲涡流无损检测若干关键技术研究

【摘要】： 脉冲涡流是近几年迅速发展起来的一种无损检测新技术,其宽频谱的激励方式在大面积复杂结构的检测中可获得较多的缺陷信息,因而成为目前航空无损检测领域的一个研究热点。本文在分析了国内外脉冲涡流无损检测技术研究现状的基础上,对脉冲涡流无损检测中裂纹缺陷的尺寸评估、腐蚀缺陷的成像检测以及不同类型缺陷同时存在时的分类识别等关键技术进行了研究,主要研究内容及创新如下: 提出了新的改进型脉冲涡流检测方法。通过采用新型脉冲涡流传感器结构,将脉冲涡流激励场从空间上转化为匀强涡流场,从而等效为一种自差分式的涡流检测技术,检测线圈感应的信号主要来自缺陷引起的扰动场,因此无需差分就可以进行检测,这就消除了硬件设计中对于信号同步的要求,简化了信号处理过程,提高了检测灵敏度。该方法同时适用于对裂纹和腐蚀缺陷的检测。 对于裂纹缺陷的检测,主要是得到裂纹长度和深度的信息。对于裂纹长度的确定,提出了一种新的方法,该方法利用脉冲涡流峰值扫描波形的极大值和极小值点与裂纹缺陷两端的对应关系来进行裂纹长度的检测,与传统的脉冲涡流在裂纹长度检测中需要建立复杂的数学模型相比,这种方法简单而检测精度却较高。对于裂纹深度的检测,通过提取脉冲涡流时域瞬态信号的过零时间为特征量来进行,但是,表面裂纹和表面下裂纹随过零时间变化的规律不同,因此,首先必须对表面裂纹和表面下裂纹进行分类识别。通过对脉冲涡流的理论分析发现,表面裂纹主要影响脉冲频谱中的高频成分,而表面下裂纹主要影响脉冲频谱中的低频成分,因此可以将时域中易受噪声影响的脉冲涡流信号变换到频域分析,提出了“频谱分离点”的方法来对裂纹进行分类识别,提高了缺陷分类识别的正确率,理论分析和实验结果相一致,证明了该方法的正确性和有效性。 对于腐蚀缺陷的检测,提出了新型的斜角式探头结构,解决了腐蚀缺陷检测过程中探头信号变化复杂、特征量难以提取的问题,实验结果表明该传感器具有良好的响应特性,检测精度得到了较大的提高。采用“频谱分离点”的方法对腐蚀缺陷进行了分类识别,提取了对腐蚀缺陷进行检测的特征量,得到了对腐蚀缺陷深度和体积进行反演计算的数学公式。 采用阵列传感器对腐蚀缺陷进行了成像检测。针对传统无损检测中只从时域提取特征造成腐蚀缺陷边缘识别正确率较低的问题,根据脉冲涡流具有丰富频率成分的特点,从时域和频域分别提取特征量,提出了一种基于主成分分析的阵列脉冲涡流腐蚀缺陷边缘识别方法,提高了缺陷边缘识别的正确率,理论分析与实验结果相一致,验证了所采用方法的正确性。 在确定了腐蚀缺陷的边缘以后,还要实现对腐蚀体积和深度的检测,为了提高检测的精度,对阵列传感器的测试数据进行了融合,提出了改进的一致性多传感器数据融合算法。通过重新定义置信距离测度,保证了置信距离矩阵的对称性,最后采用加权平均法对通过了一致性数据检验的多传感器数据进行了融合,得到了腐蚀缺陷的成像结果。 实际检测过程中,机身表面涂层厚度变化或铆钉帽倾斜容易使得探头在扫描过程中产生提离,提离引起的信号变化与腐蚀缺陷引起的信号变化非常类似,使得信号的解释非常困难。采用时频分析的方法对同时出现腐蚀缺陷和提离变化的情况进行了识别,利用平滑的伪Wigner-Ville分布(SPWVD)得到了信号的谱图,提出了提取谱图中最低能量区域面积作为特征量进行识别的方法,取得了较好的识别效果。