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扰动磁场检测仪器的研制及试验研究

作　者: 史洪源
导　师: 任尚坤
学　校: 南昌航空大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 无损检测 ACFM 仪器设计反演算法
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要

扰动磁场检测技术是一种新型电磁无损检测技术，该方法具有提离效应小，材料属性、边缘效应对检测结果的影响小等优点，可以建立精确的数学模型，从而实现对金属表面裂纹尺寸的定量检测。根据麦克斯韦方程组建立了扰动电磁场检测的理论模型。扰动磁场检测系统分为三大部分：探头部分，硬件部分和软件部分。采取激励线圈和检测线圈分离的结构，这样在激励线圈较大时可以使用较小的检测线圈，提高了检测精度；检测线圈采用差动设计，检测信号灵敏度更大。经过数学推导，找到了最优化的激励线圈和接收线圈的设计参数，并且设计了激励线圈和检测线圈一体化封装探头。采用编码器对系统定位，协助计算缺陷长度。采用专门的激励信号电流源提供高精度、大电流的激励电流。设计了信号调理电路，对检测线圈检测到的原始信号进行放大滤波。设计了高速A/D采样电路，实现模拟信号到数字信号的转换，采样精度高达12位，有效保证了信号不失真地传递给PC软件。采用专门PC软件对数字信号做进一步处理。在识别裂纹的基础上，通过编码器对扫查路径的编码，配合计算机计算可以对裂纹的长度作出精确反演计算，在得到裂纹长度信息之后，通过裂纹尺寸与检测信号Bx灵敏度之间的关系，采用拟合算法对计算机得到的输入值作出反演计算，从而得到裂纹的深度信息。提出新的综合判断法来确定缺陷信号的开始与结束。通过对带裂纹钢板的实际检测，分析检测数据，得出了在涂覆层厚度增加时检测灵敏度呈指数减小的结论，同时也得到了不同涂覆层厚度下的最优检测频率。对模拟飞机蒙皮的多层铝板背面孔洞检测，可以有效检出第四层铝板上圆孔状缺陷；对厚度为10mm的铝板表面进行检测，可以检出距表面深度为2.5mm的缺陷。可以实现对不同结构的焊接接头进行检测，不仅可以检出表面裂纹，而且还可以检出浅层皮下缺陷，并且用超声检测验证了检测结果的正确性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章绪论  7-14
  1.1 课题的来源及研究意义  7-8
  1.2 无损检测技术当前的研究现状与发展  8-10
    1.2.1 无损检测技术概述  8-9
    1.2.2 电磁无损检测技术的现状与发展  9-10
  1.3 扰动电磁场检测技术的研究现状与发展  10-12
  1.4 主要研究内容  12-14
第2章扰动电磁场检测理论基础及数学模型  14-21
  2.1 ACFM 的工作原理  14-16
  2.2 扰动电磁场检测理论基础  16-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章扰动磁场检测仪检测系统设计  21-35
  3.1 扰动磁场检测仪的整体结构  21-22
  3.2 检测探头设计  22-25
    3.2.1 激励探头设计  22
    3.2.2 检测线圈设计  22-24
    3.2.3 检测探头整体结构设计  24-25
  3.3 光电编码器  25-26
  3.4 扰动磁场检测仪的硬件电路  26-30
    3.4.1 激励信号模块  27-28
    3.4.2 信号调理电路  28-29
    3.4.3 高速 AD 采样  29-30
  3.5 软件部分设计  30-34
    3.5.1 基于 PC 的软件设计  31
    3.5.2 ACFM 检测软件操作流程图  31-33
    3.5.3 PC 软件和仪器的通讯  33-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章裂纹定量反演基础  35-53
  4.1 灵敏度  35-36
  4.2 缺陷信息的实时判断  36-40
    4.2.1 报警阈值判断方法  36-37
    4.2.2 面积判断法  37-38
    4.2.3 综合判断法  38-40
  4.3 裂纹深度反演计算方法  40-52
    4.3.1 曲线插值拟合反演算法  41-45
    4.3.2 RBF 神经网络算法  45-49
      4.3.2.1 RBF 神经网络的结构  46
      4.3.2.2 RBF 的算法  46-49
    4.3.3 PNN 神经网络算法  49-51
      4.3.3.1 PNN 神经网络的结构  49-50
      4.3.3.2 PNN 的学习算法  50-51
    4.3.4 三种反演深度算法对比  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章仪器组装与相关参数测试  53-66
  5.1 组装调试  53-55
  5.2 检测频率和涂覆层厚度对检测灵敏度的影响  55-60
    5.2.1 检测激励频率的选择  56-58
    5.2.2 涂覆层厚度变化对检测灵敏度的影响  58-60
  5.3 实际工件检测  60-65
    5.3.1 对多层铝板的实际检测  60-62
    5.3.2 对铝板背面孔洞的实际检测  62-63
    5.3.3 结构件焊接接头检测  63-65
      5.3.3.1 角接接头焊缝  63-64
      5.3.3.2 对接接头焊缝  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第6章结论与展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-72
作者在读期间科研情况说明  72-73
致谢  73-74

扰动磁场检测仪器的研制及试验研究

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