基于脉冲涡流检测技术的车轴探伤系统的研究

论文摘要

随着汽车行业的不断发展，公路运输在物流行业中扮演着越来越重要的角色，对汽车的安全检测逐渐得到人们的重视。其中由于车轴发生断裂引起的重卡侧翻和车体侧移发生碰撞事故造成了严重的财产损失和人员伤亡，所以需要定期对车轴进行缺陷检测。脉冲涡流(Pulsed Eddy Current, PEC)检测技术作为一种新兴而有效的电磁无损检测技术成为了近年来的研究热点。采用脉冲涡流检测方法对车轴进行检测，可以简单快速地判断车轴中是否存在缺陷，并可以得出缺陷的信息。本文首先通过使用有限元分析软件对探头在棒状铁磁性导体试件中产生的涡流场进行有限元仿真，通过比较不同尺寸探头骨架、激励信号的幅度和频率对棒状导体试件内涡流场产生的影响为后面的探头结构设计工作提供理论依据。然后对整体检测实验装置进行了设计，车轴探伤实验系统主要由探头、信号激励系统和信号接收处理模块组成。设计了探头中激励线圈的结构，并选择线性霍尔传感器作为检测传感器，设计了X向和Z向两种用来检测不同方向磁场的探头；使用MC9S08QG系列单片机为核心产生脉冲激励信号，并设计了由TDA2030芯片组成的推挽式功率放大电路，使得脉冲信号能够驱动激励线圈正常工作；接收模块中设计了偏置电压比较电路和滤波放大电路组成，对检测信号进行信号调理，采用示波器记录单点扫描电压值，后处理得到电压扫描曲线。最后利用实验系统对车轴进行了表面裂纹检测实验，对采集信号进行裂纹缺陷检测分析，可以得到裂纹缺陷明显的深度的信息的长度信息。通过实际数据与仿真数据进行对照分析，验证该实验装置的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 车轴探伤技术现状及发展
• 1.3 国内外脉冲涡流检测技术的发展现状
• 1.3.1 涡流检测技术
• 1.3.2 脉冲涡流检测技术的国外研究现状
• 1.3.3 脉冲涡流检测技术的国内研究现状
• 1.3.4 脉冲涡流技术的发展趋势
• 1.4 课题研究内容与主要工作
• 第二章 车轴探伤系统的原理分析
• 2.1 基本检测原理
• 2.2 脉冲涡流检测的系统响应
• 2.3 趋肤效应
• 2.4 车轴探伤系统基本设计思路
• 2.5 本章小结
• 第三章 Ansoft Maxwell 电磁场仿真理论研究
• 3.1 Ansoft Maxwell 分析电磁场的理论基础
• 3.1.1 麦克斯韦方程
• 3.1.2 麦克斯韦方程组的求解
• 3.1.3 电磁场中的边界条件
• 3.2 Ansoft Maxwell 的有限元分析基本步骤
• 3.3 探头二维涡流电磁场仿真分析
• 3.3.1 探头激励线圈尺寸对涡流场的影响
• 3.3.2 激励源频率对涡流场的影响
• 3.3.3 激励信号幅值对涡流场的影响
• 3.3.4 激励线圈提离高度对涡流场的影响
• 3.3.5 裂纹缺陷对探头涡流场的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 车轴探伤系统的设计
• 4.1 车轴探伤实验系统的设计
• 4.2 检测探头的设计
• 4.2.1 探头中激励线圈的选择
• 4.2.2 检测传感器的选择
• 4.2.3 探头组成结构
• 4.3 信号激励系统的电路设计
• 4.3.1 脉冲发生电路的设计
• 4.3.2 功率放大电路的设计
• 4.4 信号接收系统的电路设计
• 4.4.1 传感器电路设计
• 4.4.2 信号调理电路设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 车轴裂纹检测仿真与实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 车轴探伤系统的理论仿真
• 5.2.1 X 向探头检测仿真
• 5.2.2 Z 向磁场检测仿真
• 5.3 车轴探伤系统的裂纹检测实验
• 5.3.1 裂纹长度检测实验
• 5.3.2 裂纹深度检测实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目
• 致谢