脈沖渦流陣列缺陷成像檢測(cè)技術(shù)研究

只看該作者 · 2014-1-13 16:41:57

1 引言

脈沖渦流(Pulsed Eddy Current，簡(jiǎn)稱(chēng)PEC)檢測(cè)技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，是渦流檢測(cè)技術(shù)的一種新方法[4]。脈沖渦流的激勵(lì)電流為一個(gè)重復(fù)的寬帶脈沖，通常為具有一定占空比的方波，激勵(lì)線(xiàn)圈中的脈沖電流感生出一個(gè)快速衰減的脈沖磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體試件中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流，此脈沖渦流向?qū)w試件內(nèi)部傳播，又會(huì)感應(yīng)出一個(gè)快速衰減的渦流磁場(chǎng)，隨著渦流磁場(chǎng)的衰減，磁傳感器上就會(huì)輸出隨時(shí)間變化的電壓。通過(guò)測(cè)量瞬態(tài)輸出電壓信號(hào)的變化大小，就可以得到有關(guān)缺陷的尺寸、類(lèi)型和結(jié)構(gòu)參數(shù)等信息。

在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域成像技術(shù)的應(yīng)用可以使被檢測(cè)物體的缺陷位置及缺陷的大小直觀(guān)的觀(guān)測(cè)到[5]，這樣不僅提高了檢測(cè)人員的工作效率，更大大促進(jìn)了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用普及，使無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能更好的為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

本文設(shè)計(jì)了一套脈沖渦流陣列檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的鋁合金試件的缺陷進(jìn)行了初步的成像處理。

2 脈沖渦流陣列探頭設(shè)計(jì)

與單探頭脈沖渦流系統(tǒng)相比陣列探頭要解決更多的問(wèn)題。其中探頭之間的互感影響是最嚴(yán)重的問(wèn)題。由于探頭之間的互感影響，使得陣列探頭的信號(hào)發(fā)生突變，嚴(yán)重的影響了檢測(cè)的精確度和準(zhǔn)確度。為了消除脈沖渦流陣列探頭之間的互感影響，采用相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)到10000以上的工業(yè)純鐵制作了高導(dǎo)磁屏蔽罩，使探頭產(chǎn)生的磁場(chǎng)盡量不向探頭外部擴(kuò)撒，為了驗(yàn)證這種方法的效果，我們用Comsol 電磁仿真軟件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。

從圖1和圖2對(duì)比來(lái)看，在相同電流密度的情況下，帶有屏蔽罩的探頭溢出探頭的磁感應(yīng)線(xiàn)明顯少于不帶有屏蔽罩的探頭，并且?guī)в衅帘握值奶筋^其產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于不帶屏蔽罩的探頭。由此可知，當(dāng)探頭加有屏蔽罩時(shí)，可以削弱探頭之間的互感，且相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度可由更小電流密度獲得，減小了線(xiàn)圈的發(fā)熱量，使探頭在工作時(shí)更加穩(wěn)定。

其中圖3為根據(jù)仿真設(shè)計(jì)的探頭的結(jié)構(gòu)圖，圖4為以圖3的單個(gè)探頭為基礎(chǔ)制作的4x4

脈沖渦流陣列。圖5為不帶有屏蔽罩時(shí)4x4陣列探頭產(chǎn)生的真實(shí)信號(hào)，圖6為加入屏蔽罩時(shí)探頭產(chǎn)生的真實(shí)信號(hào)。從圖5和圖6的對(duì)比中我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有加入屏蔽罩時(shí)探頭和探頭之間的互感干擾很?chē)?yán)重，特別是中間的4個(gè)探頭，信號(hào)波形與四周探頭信號(hào)明顯存在差異，在加入屏蔽罩以后信號(hào)之間的互感影響基本上消失，每個(gè)探頭產(chǎn)生的波形趨近一致，可見(jiàn)屏蔽罩的加入可是探頭的檢測(cè)精度與靈敏度大大提高，同時(shí)也進(jìn)一步說(shuō)明了仿真實(shí)驗(yàn)分析的正確性。

3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成

圖5所示即為系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由脈沖信號(hào)發(fā)生模塊、Hall傳感器探頭、被檢試件、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集模塊五個(gè)部分組成。

其中每個(gè)脈沖渦流探頭的外徑為10mm，內(nèi)徑為5mm，激勵(lì)線(xiàn)圈用0.2mm的漆包線(xiàn)纏繞了200圈，選用的磁敏元件為3503的霍爾元件。實(shí)驗(yàn)中使用的信號(hào)發(fā)生器型號(hào)為DF1440，激勵(lì)頻率為100Hz，占空比50%的方波。功率放大器為Newtons LPA05B，其頻帶范圍可達(dá)到1Hz~1MHz，最大輸出功率為90瓦。放大電路由DA620儀用放大器組成。數(shù)據(jù)采集卡型號(hào)為DAQ2010，其最高采樣頻率可高達(dá)2MHz。對(duì)于軟件部分，前期靜態(tài)實(shí)驗(yàn)采用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)的分析處理，后期實(shí)時(shí)掃描成像實(shí)驗(yàn)采用可并行處理的LabVIEW軟件進(jìn)行缺陷的實(shí)時(shí)成像數(shù)理。

4 陣列探頭信號(hào)及其成像處理

圖6為實(shí)驗(yàn)中所使用的帶有十字叉缺陷的鋁合金試件，圖7為16個(gè)探頭放置在缺陷上的示意圖。圖中第3，6，7，8，11探頭放置在了缺陷上，其他探頭處在試件的無(wú)缺陷處。

對(duì)于采集到的16個(gè)探頭信號(hào)，我們首先利用數(shù)字濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行了降噪及差分處理[1]，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)缺陷信號(hào)和無(wú)缺陷信號(hào)進(jìn)行了識(shí)別，從而去除了無(wú)缺陷信號(hào)的影響，只對(duì)缺陷信號(hào)提取特征值。圖8為處理之后的脈沖渦流陣列差分信號(hào)，提取差分信號(hào)的峰值[2]作為缺陷成像的特征值，圖9為根據(jù)提取的特征值對(duì)缺陷成像結(jié)果。

在16探頭靜態(tài)成像取得一定成果的情況下我們用4探頭陣列對(duì)圖6的十字叉鋁合金試件進(jìn)行了掃描成像。為了達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和并行處理，軟件部分采用圖形化編程LabVIEW軟件來(lái)完成。圖12為編制的軟件界面和4探頭對(duì)十字缺陷的掃描結(jié)果。

5 總結(jié)與期望

本文對(duì)脈沖渦流陣列的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及其對(duì)缺陷的成像進(jìn)行了初步的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們初步研究是成功的，但是從成像結(jié)果來(lái)看，單一的特征值并不能實(shí)現(xiàn)缺陷成像的定量顯示，只能作為缺陷有無(wú)的定性檢測(cè)。所以在下一步的研究中將著重研究不同特征值對(duì)缺陷屬性的反應(yīng)程度，以提取出更合適的特征值提高成像檢測(cè)的精確度。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊賓峰,羅飛路,曹雄恒.徐曉杰脈沖渦流腐蝕成像陣列傳感器應(yīng)用研究[J]. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2005,18(1):112-115.
[2] Tian G Y, Sophian A, TaylorD, etal. Multiple sensors on pulsed eddy current detection for 3- D subsurface crack assessment[J].IEEE Sensors Journal，2005，5(l):90-96.
[3] Smith R A，Harrison D J. Hall sensor array for rapid large-area transient eddy current inspection[J].Insight，2004, 46(3):142-146.
[4] 楊賓峰,羅飛路.基于集成霍爾傳感器的脈沖渦流無(wú)損檢測(cè)裝置[J].計(jì)量技術(shù),2004,(10):8-9.
[5]　Smith R A , Hugo G R. Transient eddy current NDE for ageing aircraft-capabilities and limitations[J]. Insight, 2001, 43(1): 14-25.

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