基于瞬态响应信号的矩形脉冲涡流传感器的缺陷边缘识别外文翻译资料

基于瞬态响应信号的矩形脉冲涡流传感器的缺陷边缘识别

Yunze He, Feilu Luo, Mengchun Pan, Xiangchao Hu, Bo Liu, Junze Gao

(机电工程与自动化学院，国防科技大学，长沙 中国 410073)

摘要

脉冲涡流（PEC）测试是一种应用逐渐增加的非破坏性测试和评估（NDT＆E）技术。本研究的主要目的是提高使用矩形PEC传感器的C扫描成像技术的缺陷边缘识别的性能。当传感器沿着缺陷扫描时，响应信号的峰值波总是在磁感应通量的方向上呈现峰和谷，而在励磁电流的方向上呈现不同的形状。磁感应磁通方向的峰值波的最大值和最小值对应于传感器进入和离开缺陷的长度边缘的时刻，这为我们提供了评估缺陷长度边缘的方法。为了评估缺陷的宽度边缘，我们获得并分析了C感应磁通方向的C扫描成像结果。为了改善缺陷宽度边缘的识别性能，我们提出了响应信号和差分响应信号的特写。实验结果表明，通过选择和归一化时域中的适当特征，可以有效地识别表面缺陷的宽度边缘。因此，可以在磁感应通量的方向上有效地评估缺陷的长度边缘和宽度边缘。矩形PEC传感器有助于C扫描成像检测技术，在非破坏性检测和评价领域具有良好的前景。

关键词：脉冲涡流；矩形线圈 ; 边缘识别 ; 特征提取 ; 瞬态响应信号

1.介绍

脉冲涡流（PEC）无损检测是一种有效的技术，已被证明能够量化老化飞机结构中的缺陷[1-3]。PEC测试与常规单频涡流测试相比具有许多优点，包括更多的扩展检测深度，更丰富的缺陷信息和更高的抗干扰鲁棒性[4]。同时，脉冲可以容易地生成和控制，并且PEC方法相对于多频涡流方法的另一个优点是仪器更加便宜。因此，PEC测试已经被特别开发和设计用于亚表面裂纹测量，裂纹重建和深度估计[5]。1994年，Rose et al[6]描述了具有一个扁平线圈的空心和铁氧体磁芯的PEC探针在时域中的缺陷检测。1996年，Moulder等人 [1]开发了一种新的扫描脉冲涡流仪，用于老化飞机的非破坏性检查，Tai等人[7]确定了金属板上导电涂层的厚度和导电性。2001年，Giguere et al[8]说明了在PEC测试中采用的三个特征来量化缺陷并举例说明它们的应用。在2002年，Yang和Tai [9]确定了金属基底上的金属涂层的厚度或电导率，用于涂层或基底是磁性的情况。2003年，Sophian等人 [10]介绍了主成分分析在从PEC响应中提取信息中的应用。2004年，Tian et al.[11]研究了脉冲涡流技术的动态行为及其在在线检测系统中使用的可行性。2005年，Tian和Sophian [12]还提出了一个称为上升时间的新特征来识别不同的缺陷类型和剥离，Tian等人 [13]提出了一种新的缺陷分类和量化方法，使用脉冲涡流传感器和主成分分析以及小波变换的集成，用于基于特征的信号解释。2007年，Li et al.[4]介绍了脉冲涡流测试中差分探头的开发。2008年，Chen et al.[14]提取和选择了适当的特征用于脉冲涡流的缺陷分类。2009年，Fan et al.[15]对脉冲涡流测试中的瞬态探针响应的分析建模进行了研究。2009年，利用我们实验室中的差分霍尔/线圈探针有效地检测铆接结构的缺陷[16]。在所有这些研究中，圆柱形驱动线圈由重复脉冲激励，并且响应信号由传感器测量，传感器可以是驱动线圈，单拾取线圈，差分线圈或霍尔效应传感器[17]。

交流电场测量（ACFM）技术是能够检测和确定金属部件缺陷的电磁技术。它是在NDE中心，伦敦大学学院机械工程系[18]开发的，是交流电位降（ACPD）裂纹检测和测量技术的延伸。它基于由Lewis，Michael，Lugg和Collins（LMLC理论）开发的薄皮理论[19]，并被广泛应用于近表面缺陷的检测。ACFM探针通常在缺陷附近包括用于产生表面电流的感应线圈和用于测量Bx和Bz的拾波线圈[20]。与在表面中流动的电流相关联，表面上方存在磁场。在存在缺陷的情况下磁场将被干扰，并且拾波线圈将引发受扰磁场[21] 和 [22]。

在我们的实验室中，在PEC测试中提出并研究了在ACFM方法中广泛使用的矩形励磁线圈。实验结果表明，它也能够检测和评估缺陷。2006年，Yang et al[23][24]分别提出响应信号的峰值和过零时间，以测量飞机多层结构中缺陷的长度和深度。2007年，他们还使用基于主成分分析的脉冲涡流进行了缺陷边缘识别研究[25]。2009年，在我们的研究中，表面上的缺陷可以使用传感器在两个方向扫描出的二维蝴蝶形图形有效地识别和评估[26]。本文的主要目的是检测表面缺陷的边缘，提高基于矩形励磁线圈的边缘识别的精度。

本文的其余部分安排如下。首先，在第2节中建立了包括硬件，软件和样本的实验装置。接下来，引入矩形传感器扫描的不同方向，并在第3节中分析不同方向的峰值波。然后，显示C扫描成像的结果，并且提取来自响应信号的特征以检测缺陷的边缘。边缘识别的实验结果如第4节所示。最后，第5节概述了结论和进一步的工作。

2.实验设置和标本

本研究中使用的PEC实验装置包括脉冲发生器，功率放大器，信号调理模块，数据采集，X-Y位移系统和基于PC的软件。发生器模块用于产生激励脉冲，其频率范围为10 Hz-1 MHz，最小间距调整为10 Hz。功率放大器用于增强激励信号的功率，激励信号用于激励矩形线圈。然后，来自拾取线圈的响应信号由数据采集模块以100 kHz采样率进行放大和采样。设置的操作由基于Windows XP的程序控制，该程序由Microsoft Visual C 6.0，与Matlab 7.0 [16][26]结合编程 。在缺陷边缘识别的实验中，激励脉冲的幅度为10 V，激励的重复频率为100 Hz，脉冲持续时间为5 ms，其原理图在作者的另一篇论文[16]中示出。

设计厚度为2mm的铝样品以验证所提出的方法的性能。在表面上，制造两个槽（命名为缺陷1和缺陷2）以模拟实际情况中的缺陷的腐蚀类型。缺陷1和缺陷2的长times;宽times;深分别为15times;5times;1.5和15times;2.5times;1.5mm ³。

3.矩形脉冲涡流传感器

我们在研究中设计的探头包括一个矩形励磁线圈和一个拾波线圈。矩形励磁线圈的长度，宽度和高度分别为50,45和45mm。匝数为400.拾取线圈正交地位于激励线圈底部的中心，它们用感应线圈缠绕以引起沿扫描路径的磁场变化。拾音线圈的圈数为1000[26]。

在我们以前的研究中，磁场的峰值波在传感器扫描的不同方向进行分析。一个是磁感应通量的方向; 另一个是励磁电流的方向。如图1 所示。参考图1，考虑线圈对样品的取向，引入笛卡尔坐标系。磁感应磁通的方向平行于X轴，励磁电流的方向平行于Y轴。在探头扫描的过程中，每个拾波线圈的响应信号被实时采样，并且每个信号的周期性峰值电压同时被提取。因此，在峰值电压连接后形成峰值波 [26]。

图 1 PEC探针和扫描方向图

为了观察不同方向的峰值波的差异，利用PEC传感器在两个方向上检测缺陷。如图 资料编号：[139183]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word