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脉冲涡流检测系统的设计与研究

作　者: 张斌强
导　师: 田贵云；王海涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 脉冲涡流检测 无损检测 有限元 特征值 特征提取 缺陷分类
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 233次
引　用: 6次
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内容摘要


脉冲涡流检测是近十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复杂结构的检测中可获得更多的缺陷信息,因而成为目前航空无损检测领域的一个研究热点。本论文首先分析了脉冲涡流检测技术的研究背景,阐述了脉冲涡流检测技术的特点以及国内外研究现状和发展趋势,论述了脉冲涡流工作原理及其理论基础,并利用Comsol有限元分析软件对脉冲涡流检测探头进行了仿真实验,给出了优化的激励线圈参数和激励信号的频率。然后在此基础上研究并实现了一套完整的脉冲涡流检测系统实验平台,其中主要包括脉冲发生装置、传感器探头设计、标准试块的设计、信号调理电路和数据采集与处理五个部分的内容。接下来利用该实验平台,针对模拟的标准试块进行了实验研究,采用低通滤波、小波去噪、同步累加等信号处理方法对检测信号进行了预处理,并从时域和频域两个角度对缺陷处的差分响应信号进行了特征值的提取,在频域中还首次运用信号基波分量的幅值和一次谐波分量的幅值之比作为新的特征值进行了分析和研究。通过对时域和频域特征值分别进行分析和研究的基础上,利用时域和频域特征量实现了对表面缺陷、亚表面缺陷和金属厚度变化三种不同类型缺陷的分类识别与比较,并给出了最佳的分类识别方法。最后,对本论文的工作进行了总结,并对进一步的研究工作提出了一些建议。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 脉冲涡流检测技术特点  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
  1.4 脉冲涡流检测技术的研究的重点问题  16-17
  1.5 论文结构编排  17-18
  1.6 本章小节  18-19
第二章 脉冲涡流检测技术的理论及仿真研究  19-32
  2.1 脉冲涡流检测的工作原理  19-22
    2.1.1 涡流效应  19
    2.1.2 脉冲涡流检测原理  19-20
    2.1.3 趋肤效应  20-22
  2.2 涡流检测的基本理论推导  22-25
    2.2.1 电磁场基本方程组  22-23
    2.2.2 涡流检测的等效模型  23-25
  2.3 脉冲涡流检测系统的有限元仿真  25-31
    2.3.1 有限元模型的建立  25-26
    2.3.2 激励线圈结构参数的优化  26-30
    2.3.3 脉冲涡流响应信号的仿真分析  30-31
  2.4 本章小节  31-32
第三章 脉冲涡流检测系统的设计与实现  32-44
  3.1 脉冲涡流检测系统的整体框架  32-33
  3.2 传感器探头的设计  33-36
    3.2.1 探头的整体结构  33
    3.2.2 激励线圈的设计  33-34
    3.2.3 磁传感器的选择  34-36
  3.3 信号调理模块  36-38
    3.3.1 信号发生器  36
    3.3.2 功率放大器  36-37
    3.3.3 信号放大电路  37-38
  3.4 数据采集模块  38-42
    3.4.1 采集卡的选取  38-39
    3.4.2 数据采集程序的开发  39-42
  3.5 抗干扰技术的设计  42-43
  3.6 本章小节  43-44
第四章 脉冲涡流信号的分析与处理  44-54
  4.1 信号的预处理  44-49
    4.1.1 数字低通滤波  44-45
    4.1.2 小波去噪  45-48
    4.1.3 同步累加  48-49
  4.2 检测信号的特征分析  49-53
    4.2.1 时域特征值分析  49-52
    4.2.2 频域特征值分析  52-53
  4.3 本章小节  53-54
第五章 脉冲涡流检测在缺陷分类识别中的实验  54-69
  5.1 标准试块的准备  54-56
  5.2 实验数据采集和预处理  56-64
    5.2.1 时域特征值的提取与分析比较  57-61
    5.2.2 频域特征值的提取与分析  61-64
  5.3 缺陷的分类识别  64-68
    5.3.1 采用时域特征值进行分类  65
    5.3.2 采用频域特征值进行分类  65-66
    5.3.3 采用主成分分析法进行缺陷分类  66-68
  5.4 本章小节  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 全文总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 材料试验机与试验仪器 > 无损探伤仪器
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