?!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "//www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> 云南快乐十分开奖:脉冲涡流检测技术的某些进展 - 技术论? - 广东快乐十分走势图云南快乐十分走势广东快乐十分走势图云南快乐十分一定牛云南快乐十分单双
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广东快乐十分走势图 www.4sny7.cn   王春艳 陈铁群 张欣?/p>

  (华南理工大学机械工程学院,广州 510640)

  摘 ?脉冲涡流(Pulsed Eddy current,PEC)检测技术是用以亚表面缺陷检测的一种新型无损检测技?是涡流检测的一种新的应用领?它以测得的磁场最大值出现的时间来确定缺陷位?从而实现缺陷的无损检测和定量化描述。在一般情况下,噪音的存在使得难以充分提取更多关于缺陷的信息,然而由于激励的复杂?又使这种检测方法能在被检试样上提取更多的信息,从而获得其在无损检测中的应用地位。本文对脉冲涡流检测技术的工作原理、脉冲涡流信号特征提取技术、提离效应减少技术以及用于缺陷分类的时域特征新方法进行了评述?/p>

  1 引言

  现代工业是建立在无损检测基础之上的说法并非言过其实。统计资料显?产品经过无损检测后能大大增?大致情况?机械产品增?%,国防、宇航、原子能产品增?2%?8%,火箭增?0%[1]。如德国奔驰汽车几千个零件经过无损检测后,整车运行公里数提高了一?大大增强了产品在国际市场的竞争能?日本小汽车中30%的零件采用无损检测后质量迅速超过美国。无损检测技术经历一个世纪的发展,尽管它本身并非一种生产技?但其技术水平反映了该部门、该行业、该地区甚至该国家的工业技术水平?/p>

  涡流无损检测技术是探测导电材料表面或近表面缺陷的一种无损检测方?它以电磁感应为基础,主要包括常规涡流检测技术、远场涡流检测技术、多频涡流检测技术及脉冲涡流检测技术几种。脉冲涡?PEC)检测技术是为亚表面缺陷检测而专门设计和开发出来的新型无损检测技术[2],这一技术已在美国爱荷华州大学[3]、英国的DERA[4]及法国的Cegely实验室取得了一些成功[5],在现代无损检测技术的研究和发展中倍受关注?/p>

  与传统的单频正弦涡流相比,脉冲涡流具有许多优势。传统涡流采用单一频率的正弦电流作为激?脉冲涡流则采用具有一定占空比的方波作为激?传统涡流检测对感应磁场进行稳态分?即通过测量感应电压的幅值和相角来确定缺陷的位置,而脉冲涡流则对感应磁场进行时域的瞬态分?以直接测得的感应磁场最大值出现的时间来进行缺陷检测[6]。在理论?脉冲涡流比单频正弦涡流能提供更多信息,因为脉冲涡流可提供某一范围的连续多频激励。此?脉冲涡流信号比多频涡流信号响应更?因为它同时运行一列不同的电流频率。如?脉冲涡流无损检测方法在现代无损检测应用中具有越来越重要的地位[7]?/p>

  2 脉冲涡流检测技术的工作原理

  脉冲涡流检测系统主要由脉冲信号发生器、磁场测量装置和信号采集系统三部分组成[8]。PEC检测技术是利用一个重复的宽带脉冲(如方?激励线?通过线圈中产生的瞬时电流在被检试样上感应出瞬时涡流,并与快速衰减的磁脉冲一并在材料中传?形成一个衰减的感应?测量线圈则输出一系列电压—时间信号。由于产生的脉冲由一列宽带频谱构?所以响应的信号包含了重要的深度信息,这就为材料的定量评价提供了重要的依据[9]?/p>

  脉冲涡流传感器通常使用Hall传感?Hall传感器能实现对磁场的直接测量,并在低频时具有比检测线圈更好的灵敏度[6],?为典型Hall传感器探头配置示意图。脉冲涡流检测利用Hall传感器来测量与导体表面垂直的响应磁场△BY。典型的△BY曲线如图2中的曲线b所示。根据脉冲涡流的检测原?△BY曲线的最大值对应着缺陷的深度信?缺陷越深,则△BY出现最大值的时间延迟得越多。响应场△BY的变化主要受三个因素的影?(1)表面电流密度。它取决于感应器的尺寸和形状、频率f以及提离高度a;(2)激励场的指数性衰减。当激励场渗入试样中时,由衰减系?delta;0/ε决定;(3)电流密度和裂纹的相互作用过程。通过对△BY曲线进行时域分析可以确定缺陷的位?脉冲涡流检测正是基于此原理来对材料亚表面缺陷进行无损检测的?/p>

  3 脉冲涡流信号特征

  3.1 脉冲涡流信号?/strong>

  由于脉冲涡流的激励电流为具有一定占空比的周期性方?根据电磁感应定律,随着激励电流在上升沿和下降沿的周期性翻?就会产生周期性跃变的磁场,由此磁场感应出的脉冲涡流就会在导体中传播。图2为激励电流和测量磁场波形的输出图,?中的a为激励线圈两端的驱动电流波形,b为垂直于试样表面的感应涡流信号波形。由图可以看?涡流是在激励脉冲的上升沿或下降沿产生的,此时,由于电流的突?使得感应出的磁场发生急剧变化?/p>

  3.2 脉冲涡流信号特征值的提取

  与常规涡流信号不?PEC获得的是瞬态信?因此其数值分析主要是在时域中进行。如果将检测线圈放置在被检试样的无缺陷?所获得的基本响应信号为参考信?参考信号减去被检试样的响应信号即为差动信号。图3为一个典型脉冲涡流差动瞬时信号响应图。通常所采用的特征值是脉冲涡流的差动瞬时信号的峰值和峰值到达时?但是在实际中,往往不能有效地使用这两个用以缺陷检测和识别的特征?其原因主要有两个:一是校准困难且缺乏合适的响应信号处理系统;二是易受噪音信号的影响?/p>

  为了解决这一问题,有人提出一种基于主成份分析(Principal Component Analysis,PCA)的方法来提取脉冲涡流特征值[2]。在这一检测中,采用两块金属铝试?如图4),一块检测其厚度变化,用于金属破坏模拟;另一块用于表面和亚表面缺陷检测及其定量化监测,并评价两种特征提取方法的性能,即PCA法和时域特征法。检测结果表?这两种特征值的提取方法都能成功地识别所有表面缺?但对于其它两种缺陷类?即亚表面缺陷和由于金属腐蚀引起的缺?的分离来?时域特征法并不像PCA方法那样显著,尤其是对深裂纹的检测。这种基于脉冲涡流无损检测特征提取的PCA新方?大大减少了响应信号的维数,且提取了能将缺陷有效分类的相关特?缺陷类型的分离情况也比传统上使用瞬时差分响应峰值特征的方法好。通过提取具有最大变动的主成?其噪音信号的影响也大大减少?/p>

  4 提离效应减少技?/strong>

  近年?涡流检测技术有较快的发?它不仅可以检测金属材料的腐蚀、裂纹和其它缺陷,还可以进行无损评?这是因为许多材料的特性都与其固有的电磁特性有?一般说来观测材料电磁性能的变化要比观测其它物理性能容易得多。但?与其它检测技术相?涡流检测还未被充分开发[10],主要原因可能是一方面由于涡流信号包含较复杂的变量关系,导致提取有用特征信号困难,长期以来,阻碍了涡流检测技术的发展;另一方面由于该技术对提离效应非常敏感,而提离效应易使涡流信号发生畸?从而可能会导致对缺陷信号的误判,或者掩盖缺陷信?因此,也影响了涡流无损检测技术的发展[11]。探头与被检试样之间的距离变化将改变激励线圈与被检试样之间的互感系?镀层厚度的变化、试样表面的不规则性以及操作过程中操作运动的变化都会引起提离的变化。在涡流无损检测中,高频激励用以检测提离的变化,低频激励用以检测缺陷的存在及大小。脉冲涡流检测技术是利用一个重复的宽带脉冲(如方?来激励线?尽管脉冲包含了很宽的频谱,使其比常规涡流检测能采集到更多的信息,然?脉冲信号也受提离变化的严重影响。图5展示了提离效应对缺陷信号的影响[11]。可以看出提离的变化主要影响缺陷信号的起始时间段,而信号畸变论证了真实信息很容易被提离效应掩盖?/p>

  目前,已有一些关于减少提离效应方面的报道,如Giguere等人[2?1?4?5]为克服金属损耗及亚表面裂槽检测过程中提离效应的影?开发使用了两种参考信号的二阶段技术来减少提离效应,即将探头置于空气中时检测到的信号作为第一参考信?而这一阶段的主要目的是减少提离效应;将探头置于无缺陷试样上时检测到的信号作为第二参考信?而这一阶段的目的是计算缺陷的特征信号。一旦提离效应在第一阶段中被减少,在第二阶段中,应用基于主成份分析的特征提取技术所提取的特征信号将是可用信?这样就能将缺陷信号和提离变化所产生的噪音信号分?大大减少了提离效应的影响?/p>

  研究者们提出的提离交叉点(Lift-offintersec-tion point,LOI)对减少大多数提离噪音非常有效。LOI是一瞬时?且其值取决于探头和试样电导率变化,在这一瞬时时间里检测信号对常见的提离变化不敏感。Safizadeh等人论证了时—频分析用于可视化区分金属破坏及夹层间隙变化间的提离效?这些方法使用信号处理技术[12]、传感器结构设计技术[13]及检测原理[14]来补偿或识别提离变化或为减少涡流和脉冲涡流无损检测的提离效应寻找不变特征值?/p>

  5 用于缺陷分类的时域特征新方法

  脉冲激励具有一些自身的特征,如凭借起始时间和激励强度能很容易控制脉?响应脉冲总是在激励脉冲已经通过且使检测系统不易受干扰时出现等等?/p>

  PEC检测技术使用脉冲激?瞬时的脉冲激励使得在试样中感应出扩散型涡?当它穿过高度弥散型材料时,拓宽和延迟了脉冲。试样中越靠近表面的畸形点比深埋在试样中的畸形点对磁场的影响会越早。因?缺陷的位置信息通常能通过实施时域信号分析的方法获得[13]。为了进行缺陷分?Gui等[14?5]研究了一种基于脉冲涡流传感器的新特征值来识别缺陷,这一新特征值名叫上升点,它与所研究的金属试样中的电磁波的传播时间有关。这一特征值的优势在于它不依赖于激励线圈参数的变化,且能识别不同缺陷类型及提离变化?/p>

  在脉冲涡流检测中,差动方程和有限元法被应用于特征化电磁波的传播、衰变及涡流效应中。以一个理想的半无限大媒质为模型来解释脉冲涡流信号,则电磁激励波的渗透深?即趋肤深度能?1)式中得出:

  而在导电媒质?在给定时间t?脉冲电磁波的渗透深度z在文献[15]中由下式得出:

  如果参考响应和测量响应具有相同的传播路?则差分信号为0,维持0期间或差异出现时间为上升时间tг。当在给定时间t1时感应磁场遇到试样中的不连续点或材料改变?从前面的t1时间开?缺陷信号Yd将与参考信号Yref不同,当t

  6 展望

  (1)PEC的响应为一连续信号,与传统的涡流检测信号相?它含有更多的信息,然?由于目前PEC技术还未被广泛应用,主要是因为脉冲信号的解释还处于初期阶?因此,如何才能更有效的提取脉冲涡流信号特征值且如何才能将它应用于脉冲涡流信号处理的问题,将是脉冲涡流无损检测的主要研究方向?/p>

  (2)与常规单频正弦涡流信号不?PEC获得的信号是瞬态信?其数值分析主要是在时域中进行,因此时域分析方法比频域分析方法能提供更多的有用信?也是测控领域的重要发展方向?/p>

  (3)提离效应使脉冲涡流信号发生畸?可能会导致对缺陷信号的误?甚至掩盖缺陷信号,因此,如何才能更有效地减少提离效应的影?如何才能将表面缺陷和提离效应的影响分?将是今后重要的研究方向?/p>

  参考文?

  [1 ] 李家?陈积?无损检测手册[M].北京:机械工业出版?2002

  [ 2] Ali Sopgian, Gui Yun Tian, David Taylor, JohnRudlin. A feature extraction technipue based onprincipal component analysis for pulsed Eddy cur-rent NDT[J].NDT&E International 2003,36:37?1

  [3] Bowler J.. Pulsed Eddy current inversion for the de-termination of crack shape[J].Electromagnet Nonde-struct Eval 1997,263?[4] Smith R.A., Hugo G.R.. Transient Eddy currentNDT for ageing aircraft-capabilities and limitations[J]. Insight: Non-Destruct Test Condition Monitor2001,43(1):14?5

  [5] Clauzon T.,Thouom F.,Nicolas A.Flaws characteri-zation with pulsed Eddy current NDT[J].IEEE TransMagnet 1999,35(3/1)

  [6] 杨宾?罗飞?脉冲涡流无损检测技术应用研究[J].仪表技术与传感?2004,(8):45?6

  [7] József Pávó.Numerical Calculation Method for PulsedEddy-current Testing[J].IEEE Trans Magnet 2002.38(2):1169?172

  [8] 任吉?电磁检测[M].北京:航空工业出版?1988

  [9] 游凤?蒋韬,孙砚?脉冲涡流磁场特征分析[J].仪表技术与传感?2003(5):38?0

  [10] 游凤?涡流检测技术的某些新进展[J].无损检?

  2001,38(2):70?3

  [11] Gui Yun Tian,Ali Sophian. Reduction of lift-off ef-fect for pulsed eddy current NDT[J].NDT&E Inter-national 2005,38:319?24

  [12] Giguere S,Dubois JMS.Pulsed eddy current:findingcorrosion independently of transducer lift-off[J].RevProg Quantitative Nondestructive Eval 2001,19(A):49?6

  [13] Hoshikawa H, Koyama K,A new eddy current sur-face probe without lift-off noise[J].10th APCNT,Brisbane,2001

  [14] Tian GY,Zhao ZX,Baines RW.The research of inho-mogeniety in eddy current sensors[J].Sens Actua-tors A 1998.58:153?59

  [15] Gui Yun Tian,Ali Sophian.Defect classification usinga new feature for pulsed eddy current sensors[J].NDT&E International 2005,38:77?2

  [16] Krause H.J.Kreutzbruck M.V.Recent developmentsin SQUID NDE[J].Physica C 2002,268:70?9

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