基于GMR传感器的电涡流检测系统开发及深层缺陷检测的可靠性研究

论文摘要

在航空航天、核电和石油化工等许多领域中,无损检测是特种设备安全监察和技术检验最重要的手段之一,无损检测技术在探测特种设备存在的缺陷、消除事故隐患、保障特种设备安全运行等方面有极其重要的作用。其中,多层导电结构深层缺陷检测则是目前急需解决的一大难题。本文将以此为背景,应用低频电涡流检测原理,引入新型巨磁电阻磁场传感器,主要研究多层导电结构深层缺陷检测理论、技术及其实验系统等内容。本文的主要工作和创新点如下:1根据涡流的趋肤效应,要实现深层缺陷的电涡流检测必须降低探头工作频率,而线圈式检测探头的灵敏度却随着工作频率的降低而减小。为此首先对涡流检测探头进行研究,研制了基于GMR(巨磁电阻)传感器的电涡流探头,并实现了GMR传感器零电势的自动补偿技术。研究结果表明,GMR探头比线圈式探头具有更高的灵敏度和更强的深层缺陷检测能力。2基于电涡流深层缺陷检测对可靠性评估的要求,提出用检测概率法对可靠性进行评估。建立了基于POD的电涡流检测可靠性评估模型。采用基于函数模型的POD建模法对某一典型深层缺陷的检测概率进行求取,并通过统计实验对理论计算所获得的检测概率值进行评价。评价结果表明,基于POD的可靠性评估法较好的实现了对深层缺陷检测的可靠性评估。3为了提高电涡流深层缺陷的可靠性,研究了基于田口方法的实验设计优化问题。建立了电涡流检测实验设计优化体系,采用田口方法实现了电涡流深层缺陷检测的优化设计,并通过统计实验对优化结果进行评价。结果表明,基于田口方法的电涡流检测优化有效地提高了深层缺陷的检测概率,增强了缺陷检测的可靠性。通过GMR电涡流探头的研制及其零电势自动补偿技术的研究,提高了电涡流检测系统的深层缺陷检测能力,基于POD的可靠性评估,实现了对深层缺陷的定量化衡量,经田口设计优化后,有效地提高了检测概率,增强了检测的可靠性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.2 电涡流检测技术及其发展
• 1.3 多层导电结构深层缺陷电涡流检测技术研究进展及现状
• 1.4 巨磁电阻效应及其在电涡流检测应用中的进展与现状
• 1.5 缺陷检测的可靠性研究
• 1.6 论文的主要工作和创新点
• 第2章 电涡流检测技术基础理论
• 2.1 电涡流检测技术的阻抗分析法
• 2.2 涡流的趋肤效应
• 2.3 探头线圈特征频率的计算理论
• 2.3.1 穿过式线圈的特征频率
• 2.3.2 放置式探头线圈的特征频率
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于GMR传感器的电涡流检测系统开发
• 3.1 GMR电涡流检测系统主体硬件设计
• 3.1.1 激励信号发生电路
• 3.1.2 信号调理电路
• 3.1.3 自动扫描运动控制装置
• 3.2 GMR电涡流探头的研制
• 3.2.1 传统线圈式探头的基本特性分析
• 3.2.2 GMR传感器的工作原理
• 3.2.3 GMR电涡流探头的结构
• 3.3 GMR探头的零电势自动补偿技术
• 3.3.1 总体设计
• 3.3.2 相位差与幅值测量电路的设计
• 3.3.3 数控移相器和数控幅值调节器的设计
• 3.4 GMR电涡流检测系统软件设计
• 3.4.1 激励信号源软件设计
• 3.4.2 数据采集及PC机监控界面设计
• 3.5 GMR电涡流检测系统实验与结果分析
• 3.5.1 GMR电涡流探头实验与结果分析
• 3.5.2 GMR电涡流探头零电势自动补充实验与结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于POD的电涡流深层缺陷检测可靠性研究
• 4.1 电涡流检测可靠性研究的意义
• 4.2 基于POD的电涡流深层缺陷检测可靠性评估
• 4.2.1 POD相关概念
• 4.2.2 POD的影响因素
• 4.2.3 POD计算公式中阈值T的选取准则
• 4.2.4 基于函数模型的POD建模过程
• 4.2.5 POD置信边界的选取
• 4.3 可靠性评估实例
• 4.3.1 应用实例
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于田口方法的电涡流深层缺陷检测实验设计优化
• 5.1 田口方法的设计原理
• 5.2 基于田口方法的电涡流检测实验设计优化
• 5.2.1 电涡流实验设计
• 5.2.1.1 田口实验设计法的优点
• 5.2.1.2 田口方法中正交阵列的构造
• 5.2.1.3 田口方法中内部阵列和外部阵列的构造
• 5.2.2 电涡流实验设计结果分析
• 5.2.2.1 基于S/N法的系统灵敏度分析
• 5.2.2.2 田口设计法中各因素的影响分析
• 5.2.2.3 影响因素的贡献率讨论
• 5.3 电涡流深层缺陷检测优化设计实例
• 5.3.1 电涡流检测实验设计
• 5.3.2 结果与分析
• 5.3.3 影响因素的贡献率讨论
• 5.3.4 实验优化结果评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和研究成果
• 作者简历