交变磁场测量成像技术的研究

论文摘要

交变磁场测量(ACFM)是近几年来兴起的一种新型电磁无损检测技术,它能实现金属表面裂纹的尺寸的测量。本文在此基础上研究了交变磁场扫描成像检测技术,阐述了交变磁场技术和成像技术的国内外研究现状和发展趋势,利用有限元数值仿真方法对激励线圈沿不同扫描方向的情况下,对受缺陷扰动的磁场分布进行分析研究,得出磁场分量Bz的曲线和磁场分量Bx的曲线分别和缺陷的长度和深度存在对应关系。本文从硬件和软件上设计了交变磁场扫描成像检测系统,搭建了实验平台。研究了小波变换对检测信号噪声的去除,从定性的角度对裂纹型缺陷的识别方法进行了研究,分析了从检测信号得到缺陷长度和深度的方法。最后研究了扫描成像技术,分别用Bx和Bz检测信号的幅值信息实现C扫描图像,提出了通过两个图像联合的方式共同判断缺陷的长度信息和深度信息的新方法。在设计的实验平台上,通过对试件表面裂纹进行实验,获得实测数据,实现了扫描成像结果,与理论和仿真结果基本相符。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 ACFM 技术特点及国内外相关研究现状
• 1.2.1 ACFM 技术产生背景及特点
• 1.2.2 ACFM 应用基础研究现状
• 1.3 涡流成像技术的国内外研究现状
• 1.3.1 涡流成像技术的介绍
• 1.3.2 阻抗扫描成像的国内外研究现状
• 1.4 论文的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 交变磁场测量技术的理论基础
• 2.1 交变磁场测量的基本原理
• 2.1.1 交变磁场测量物理模型的建立及分析
• 2.1.2 交变磁场测量的基本原理
• 2.2 有限元法对三维涡流场问题的描述
• 2.2.1 位函数对时稳场的描述方程
• 2.2.2 位函数对涡流求解区域描述
• 2.3 ANSYS 在ACFM 中的应用
• 2.3.1 仿真模型的建立及描述
• 2.3.2 仿真结果的分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 交变磁场测量扫描成像系统的研制
• 3.1 系统的总体设计
• 3.2 系统硬件平台的设计
• 3.2.1 扫描装置设计
• 3.2.2 信号源的设计
• 3.2.3 传感器的设计
• 3.2.4 调理电路的设计
• 3.2.5 数据采集
• 3.3 成像系统的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 缺陷识别及特征量的提取
• 4.1 信号预处理
• 4.2 缺陷识别
• 4.2.1 通过阻抗图识别缺陷
• 4.2.2 通过蝶形图识别缺陷
• 4.3 通过Bz 提取缺陷长度信息
• 4.3.1 直接法确定峰值点
• 4.3.2 斜率法确定峰值点
• 4.3.3 建模法确定峰值点
• 4.4 通过Bx 提取缺陷深度信息
• 4.5 本章小结
• 第五章 交变磁场测量在裂纹检测中扫描成像技术的研究
• 5.1 裂纹扫描成像的基础
• 5.1.1 被测试件的加工
• 5.1.2 扫描成像检测
• 5.2 ACFM 扫描成像中不同图像的显示
• 5.2.1 时基扫描图
• 5.2.2 阻抗图和蝶形图
• 5.2.3 C 扫描图像
• 5.3 通过Bx 实现裂纹的C 扫描成像
• 5.4 通过Bx、Bz 共同实现裂纹C 扫描成像
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果