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动态大提离电磁热成像钢轨近表面缺陷检测方法研究

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动态大提离电磁热成像钢轨近表面缺陷检测方法研究

作者：杨庚电子科技大学

学位级别：硕士

铁路运输在国家发展中起重要作用,随着国民经济的发展和战略规划的推进,铁路网规模逐渐扩大,在带来便利、高效的同时,也对在役钢轨的无损检测技术提出了考验,目前,亟需一种能实现钢轨表面和近表面裂纹伤损的检测评价方法,与常规超声技... 详细信息

铁路运输在国家发展中起重要作用,随着国民经济的发展和战略规划的推进,铁路网规模逐渐扩大,在带来便利、高效的同时,也对在役钢轨的无损检测技术提出了考验,目前,亟需一种能实现钢轨表面和近表面裂纹伤损的检测评价方法,与常规超声技术检测钢轨内部缺陷形成互补,实现钢轨的全断面缺陷检测。电磁热成像检测技术作为无损检测的一个重要研究方向,具有无污染、成像直观、受提离效应影响小、易实现自动化以及可同时检测金属材料表面和近表面缺陷等优势,已在钢轨等多种导体材料近表面缺陷检测方面得到了广泛的应用,但仍存在诸多局限:首先,目前电磁热成像检方法提离距离局限为10 mm以内,针对大提离条件下的电磁热成像检测系统研究尚存空白;其次,现有电磁热成像技术对钢轨近表面缺陷的检测主要局限于静态或低速扫查,国内外针对该技术的高速扫查研究相对匮乏;最后,针对动态大提离检测条件,电磁热多物理场耦合机理研究匮乏,检测系统与传感结构的相关研究存在局限。针对上述问题,本文开展动态大提离电磁热成像钢轨缺陷检测方法研究,主要研究内容和创新点概括如下:(1)研究了动态大提离电磁热成像检测技术的相关理论。从基本原理出发,推导了高频交变电磁场控制方程,再通过电磁感应加热原理和趋肤效应引出了电磁-热场耦合原理、传热学基本原理以及红外辐射等理论基础。进一步的,研究了提离效应对电磁热成像检测系统的影响,并在现有检测理论基础上,探究了动态和大提离条件下的线圈电磁特性与温度场分布。(2)针对动态大提离钢轨电磁热成像检测系统,优化了前端传感结构。基于动态大提离电磁热成像检测原理,分析了钢轨滚动接触疲劳损伤的缺陷特点,总结了基于动态大提离钢轨电磁热成像检测的传感结构设计关键问题,并在此基础上,设计优化了多种前端传感线圈结构,并通过仿真分析与实验验证,探讨了本文所优化线圈的有效性与检测能力。(3)研制了两套动态大提离电磁热成像检测系统并进行了验证实验。基于理论与仿真分析,搭建了两套钢轨动态大提离电磁热成像在线巡检平台,在低速(3.6Km/h)和高速下(80 Km/h)对不同类型疲劳裂纹开展在线动态检测,验证了所提系统与方法的实用性。

关键词：电磁热成像大提离动态检测传感结构钢轨缺陷检测

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大提离漏磁无损检测方法

无损检测 2022年第4期44卷 67-72页

作者：唐健王荣彪康宜华华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

漏磁检测是一种重要的无损检测方法,广泛应用于石油、钢铁等行业。在漏磁检测中,提离值是最重要的工艺参数之一。就保护探头或曲面检测的角度而言,通常传感器与工件之间始终保持一定的提离值,但漏磁场随提离值的增大会迅速衰减,降低了... 详细信息

漏磁检测是一种重要的无损检测方法,广泛应用于石油、钢铁等行业。在漏磁检测中,提离值是最重要的工艺参数之一。就保护探头或曲面检测的角度而言,通常传感器与工件之间始终保持一定的提离值,但漏磁场随提离值的增大会迅速衰减,降低了检测的灵敏度和信噪比。因此如何实现大提离下的高精度漏磁检测,一直以来都是研究的热点。首先探讨了提离值的定义及提离值对漏磁信号的影响;归纳了信源、传递介质以及传感器这3个大提离检测的要素,并根据这3个要素,总结归纳了目前国内外学者提出的诸多大提离漏磁检测方法并介绍了基于转变检测对象的大提离检测方法;最后讨论了大提离漏磁检测方法目前仍存在的问题以及其发展趋势。

关键词：大提离漏磁检测无损检测磁场传递铁芯

基于功率谱密度峰值的大提离下脉冲涡流测厚方法

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无损检测 2021年第10期43卷 29-33页

作者：王安泉刘禹郝宪锋戴永寿闫泰松姜朝中国石化股份胜利油田分公司技术检测中心东营257000 中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院青岛266580 中国石油大学(华东)控制科学与工程学院青岛266580

以脉冲涡流检测信号的功率谱密度峰值作为特征量,并借助COMSOL软件开展了仿真试验,分析了该特征量与管道壁厚、提离值之间的关系;开展了基于该特征量的壁厚反演方法研究,形成了可应用于大提离下铁磁性管道壁厚检测的方法;最后在实验室... 详细信息

以脉冲涡流检测信号的功率谱密度峰值作为特征量,并借助COMSOL软件开展了仿真试验,分析了该特征量与管道壁厚、提离值之间的关系;开展了基于该特征量的壁厚反演方法研究,形成了可应用于大提离下铁磁性管道壁厚检测的方法;最后在实验室加工的Q235管道阶梯试件上开展了试验。结果表明,在大提离条件下,壁厚测量误差能控制在±9%以内,且抗干扰能力强,多次测量结果的稳定性好。

关键词：脉冲涡流功率谱密度峰值大提离铁磁性管道厚度测量

基于差分脉冲涡流的大提离下坑蚀检测方法研究

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化工自动化及仪表 2024年第6期51卷 996-1000页

作者：袁梦武新军华中科技大学机械科学与工程学院

针对大提离下铁磁性材料坑蚀检测的难题,提出基于差分脉冲涡流的线圈结构。通过实验定性分析3种差分布置方式对信号的影响,表明外部差分可保证信号对称性。进而对比不同提离下外部180°、90°差分结构缺陷信号幅值,表明外部180°差分结... 详细信息

针对大提离下铁磁性材料坑蚀检测的难题,提出基于差分脉冲涡流的线圈结构。通过实验定性分析3种差分布置方式对信号的影响,表明外部差分可保证信号对称性。进而对比不同提离下外部180°、90°差分结构缺陷信号幅值,表明外部180°差分结构更优。最后在100 mm提离下采用外部180°差分接收线圈3检测直径20 mm、深2.4 mm平底孔,其幅值为0.3 mV,表明该结构可在大提离下检测坑蚀。

关键词：脉冲涡流大提离铁磁性材料坑蚀检测差分信号

基于谐振法的飞机多层异质结构件涡流检测方法研究

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中国测试 2025年

作者：奚之飞黄周洲南京航空航天大学国营芜湖机械厂南昌航空大学

飞机承力梁是飞机的重要承力结构件，长时间处于受力状态，在其虎口位置应力集中易萌生疲劳裂纹，而裂纹隐藏于较厚的多层异质复合层下，导致涡流检测提离大，并且空间狭小对检测带来极大不便。文章针对多层异质结构件隐藏裂纹的大提离... 详细信息

飞机承力梁是飞机的重要承力结构件，长时间处于受力状态，在其虎口位置应力集中易萌生疲劳裂纹，而裂纹隐藏于较厚的多层异质复合层下，导致涡流检测提离大，并且空间狭小对检测带来极大不便。文章针对多层异质结构件隐藏裂纹的大提离检测难题，提出基于谐振法的涡流检测出传感方法，仿真研究线圈尺寸参数及结构对检测信号的影响，发现检测线圈与平衡线圈间距为1.5mm时，具有最佳检测灵敏度。为验证该仿真模型的正确性，开展承力部件大提离涡流检测试验，试验结果表明，激励频率为30kHz时具有最佳检测灵敏度，在复合层厚度为3mm时信号幅值达到最小，保持复合材料层厚度不变，随着激励频率的增加，涡流检测信号幅值呈衰减趋势，最小检测缺陷长×宽×深尺寸为5mm×0.2mm×5mm，且能够对缺陷进行精准定位，为飞机多层异质结构隐藏裂纹的定量检测提供依据。

关键词：多层异质结构件大提离检测线圈激励频率复合材料隐藏裂纹

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正交式脉冲涡流传感器研制

正交式脉冲涡流传感器研制

作者：金磊华中科技大学

学位级别：硕士

脉冲涡流检测技术作为一种快速扫查手段,具有无需直接接触检测表面、无需拆除包覆层等优势,逐渐在工业中开始应用。随着管道、压力容器等特种设备的设计性能向高温高压方向发展,构件包覆层和壁厚不断增加,传统同轴式脉冲涡流传感器在大... 详细信息

脉冲涡流检测技术作为一种快速扫查手段,具有无需直接接触检测表面、无需拆除包覆层等优势,逐渐在工业中开始应用。随着管道、压力容器等特种设备的设计性能向高温高压方向发展,构件包覆层和壁厚不断增加,传统同轴式脉冲涡流传感器在大提离下存在检测壁厚范围小、分辨率不足的问题。为此,本学位论文针对大提离大壁厚的检测工况,研制具有高分辨率的脉冲涡流检测传感器以及扫查式检测系统。首先,针对脉冲涡流在大提离条件下检测大壁厚构件遇到的难点,搭建实验台获取检测信号并采用单对数信号相对变化量作为传感器测厚性能评价指标,通过分析不同线圈结构的磁力线和涡流分布,提出一种激励线圈轴线与构件表面平行、接收线圈轴线与构件表面垂直的正交式脉冲涡流传感器检测原理;通过有限元法研究正交式脉冲涡流传感器涡流分布验证原理的正确性。其次,针对有限元仿真无法模拟检测信号噪声的不足,采用实验方法获取同轴式和正交式脉冲涡流传感器检测信号。通过信号对比,在验证正交式脉冲涡流传感器测厚性能优于同轴式传感器的基础上,进一步研究了正交式脉冲涡流传感器噪声、提离效应以及线圈间距对测厚性能影响,结果表明正交式脉冲涡流传感器最佳线圈间距随提离增加而增加。基于此,设计制作具有扫查功能的正交式脉冲涡流传感器,该传感器可在200 mm提离下检测40 mm壁厚试件,分辨率达到2.5%标称壁厚。最后,开发与扫查式正交传感器相应的检测软件,给出适用于扫查模式的云图显示方法,进行阶梯板与水冷壁的应用测试,结果表明:在平板构件上,该系统在单点检测模式中能在200 mm提离下检测19～40 mm范围内1 mm变化的壁厚,在扫查模式中云图能有效表征壁厚的变化趋势;在水冷壁试件上,该系统能在200 mm提离下检出40%内壁壁厚的减薄腐蚀缺陷。

关键词：无损检测脉冲涡流正交式传感器扫查系统大提离

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超30mm提离值传感的钢丝绳检测方法研究

超30mm提离值传感的钢丝绳检测方法研究

作者：张驰华中科技大学

学位级别：硕士

钢丝绳在长期使用过程中会出现磨损和断丝等缺陷,钢丝绳漏磁无损检测技术被广泛应用于钢丝绳检测。目前现有的钢丝绳漏磁探测提离距离很小(2 mm-5 mm),结合磁敏元件装配工艺结构体的厚度,传感器内腔直接贴合被检钢丝绳,这种贴合式的探... 详细信息

钢丝绳在长期使用过程中会出现磨损和断丝等缺陷,钢丝绳漏磁无损检测技术被广泛应用于钢丝绳检测。目前现有的钢丝绳漏磁探测提离距离很小(2 mm-5 mm),结合磁敏元件装配工艺结构体的厚度,传感器内腔直接贴合被检钢丝绳,这种贴合式的探测工艺导致钢丝绳漏磁检测传感器在检测过程中会刮去钢丝绳表面油污,甚至被钢丝绳表面翘丝卡住。所以,实现钢丝绳漏磁检测传感器在大提离(>30 mm)下的检测钢丝绳非常重要。首先针对钢丝绳漏磁检测传感器在大提离(>30 mm)下缺陷漏磁场是否存在的问题,采用基于comsol的理论仿真方法,分析大提离(>30 mm)条件下的损伤漏磁场能量,确定采用开环永磁的磁化方式。通过改造钢丝绳漏磁检测探头并结合微弱磁场的磁敏传感和微弱信号的模拟处理方法,得到提离距离20 mm-25 mm下的损伤信号,在实验上验证了大提离(>30 mm)检测的可行性。其次,针对缺陷漏磁场受绳股、绳摆和背景噪声信号严重干扰的难题,分析并揭示绳股噪声信号特征,讨论敏感元件对缺陷漏磁场采集的影响。通过微弱信号的磁敏径向空间差分传感方法在信号采集最前端抑制噪声。针对缺陷漏磁场能量微弱和其他噪声干扰的问题,根据缺陷信号频域分布和噪声类别,采用基于同相放大的模拟信号处理方法,在硬件电路环节放大输出信号。结合信号屏蔽和接地抗干扰设计,抑制干扰,提高信噪比,进一步提高钢丝绳无损检测系统的整体检测能力。最后对检测系统进行实验测试,说明结合微弱信号的磁敏径向空间差分传感方法和模拟信号处理方法的检测系统可以实现大提离(>30 mm)检测钢丝绳。且通过将上述方法应用于Φ<0.1 mm细断丝的微弱信号检测和强背景噪声场的钢丝绳高速运行检测,验证该方法的适用性。

关键词：漏磁检测大提离磁敏耦合模拟信号