脉冲涡流无损检测技术研究

论文摘要

飞机结构中缺陷的检测识别和定量分析是目前航空无损检测领域面临的一个严峻挑战。脉冲涡流检测技术是近几年发展起来的一种新的电磁无损检测技术,其在对多层金属结构中缺陷的定量检测和评估方面表现出潜在的应用优势。本文主要研究了脉冲涡流检测技术在飞机结构无损检测中的应用:首先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。建立了脉冲涡流检测的物理模型,研究了脉冲涡流检测缺陷的基本原理。在此基础上研制并实现了一套脉冲涡流检测系统。并针对不同的检测对象设计了不同的传感器。采用时域分析、频域分析、小波变换等信号处理方法对检测信号进行了处理,并提取了合适的特征量(峰值和过零时间)进行缺陷的检测分析。本文创新性的提出了二维传感器在脉冲涡流技术对平板结构缺陷检测中的应用。使用获得的Bx与Bz峰值曲线,提出了新的判断缺陷深度的方法,对多层平板结构中缺陷实现了快速的定量检测。在二维传感器快速检测缺陷的基础上,进一步研究了蝶形图在工程原位缺陷识别中的应用。研究了低频脉冲涡流技术,分别对平板结构和铆钉结构的深层缺陷进行了检测识别。改进了脉冲涡流检测技术,分别利用霍尔器件与线圈作为磁场测量器件,对多层铆接结构中的缺陷进行了定量检测。论文的最后,对本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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源和意义
• 1.2 电磁无损检测技术概述
• 1.2.1 电磁无损检测技术简介
• 1.2.2 电磁无损检测技术的发展
• 1.3 脉冲涡流无损检测技术的研究进展与现状
• 1.3.1 脉冲涡流无损检测技术的研究现状
• 1.3.2 脉冲涡流无损检测技术特点
• 1.3.3 脉冲涡流无损检测技术的发展趋势
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 脉冲涡流检测技术的理论基础
• 2.1 脉冲涡流检测系统的物理模型
• 2.2 脉冲涡流的作用原理
• 2.2.1 脉冲涡流作用原理分析
• 2.2.2 检测信号时域特征分析
• 2.3 脉冲涡流检测技术检测缺陷的理论基础
• 2.3.1 电磁场基本方程组
• 2.3.2 麦克斯韦方程组应用于金属试件感应的涡流磁场
• 2.3.3 检测线圈上的瞬态感应电压的数值计算[42]
• 2.4 低频脉冲涡流检测技术
• 2.5 二维传感器检测缺陷的基本原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 检测系统的研制与实现
• 3.1 检测系统的总体方案设计
• 3.2 信号源模块设计
• 3.2.1 DDS 技术及AD7008 简介
• 3.2.2 脉冲信号源硬件设计
• 3.3 信号调理模块
• 3.4 数据采集与处理
• 3.5 检测软件的研制
• 3.6 电磁兼容性设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 传感器的设计及检出信号的处理
• 4.1 矩形传感器
• 4.1.1 矩形传感器的基本构成
• 4.1.2 改进的差动传感器
• 4.2 二维传感器
• 4.2.1 二维传感器设计
• 4.2.2 实验验证
• 4.3 铆接结构中的圆柱形传感器
• 4.3.1 霍尔传感器
• 4.3.2 差分线圈传感器
• 4.3.3 线圈传感器与霍尔传感器的比较
• 4.4 检出信号的分析处理
• 4.4.1 检测信号的预处理
• 4.4.2 小波分析用于检出信号的去噪
• 4.4.3 消噪效果
• 4.5 本章小节
• 第五章 多层平板结构中缺陷的检测与识别
• 5.1 二维传感器对平板缺陷的快速检测
• 5.1.1 实验介绍
• 5.1.2 Bz 峰值曲线对缺陷长度的定量检测
• 5.1.3 Bx 峰值曲线对缺陷深度的定量检测
• 5.1.4 瞬态曲线对缺陷体积的定量检测
• 5.1.5 蝶形图在工程检测中的应用
• 5.2 深层缺陷的检测
• 5.2.1 实验介绍
• 5.2.2 深层缺陷的实验结果
• 5.2.3 实验结果的后续处理
• 5.3 多层结构中缺陷位置的分类识别
• 5.3.1 实验介绍
• 5.3.2 不同位置缺陷的分类识别
• 5.4 本章小结
• 第六章 多层铆接结构缺陷的检测
• 6.1 飞机机身铆接结构及试件介绍
• 6.2 霍尔传感器对铆接结构缺陷的检测
• 6.2.1 实验介绍
• 6.2.2 峰值曲线的分析处理
• 6.2.3 瞬态电压曲线的分析处理
• 6.3 线圈传感器对铆钉结构缺陷的检测
• 6.3.1 实验介绍
• 6.3.2 瞬态波形的分析处理
• 6.4 深层铆接结构缺陷的检测
• 6.5 本章小节
• 第七章 结束语
• 7.1 主要研究成果和结论
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果