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涡流传感器斜偏对输油管道涂层厚度测量精度的影响及斜偏矫正

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中国机械工程 2013年第7期24卷 937-942页

作者：张东利王召巴陈振茂李勇中北大学太原030051 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

针对涡流传感器斜偏影响钢管涂层厚度测量信号的情况,提出了传感器斜偏的矫正措施以及消除斜偏影响的信号处理方法,为涂层厚度测量时传感器的对中和垂直度调整提供理论指导。采用电磁场数值仿真方法,研究了传感器斜偏对提离检测精度的... 详细信息

针对涡流传感器斜偏影响钢管涂层厚度测量信号的情况,提出了传感器斜偏的矫正措施以及消除斜偏影响的信号处理方法,为涂层厚度测量时传感器的对中和垂直度调整提供理论指导。采用电磁场数值仿真方法,研究了传感器斜偏对提离检测精度的影响程度,以及不同提离距离、不同管道尺寸情况下传感器斜偏的影响规律,根据提离信号的变化规律提出了传感器斜偏的矫正措施和斜偏信号的校正方法,解决了传感器斜偏对检测精度的影响问题。数值仿真结果表明,通过对传感器斜偏的矫正以及信号处理,可有效减小传感器斜偏对提离检测信号的影响,提高了涂层厚度的测量精度。

关键词：涡流传感器斜偏矫正涂层厚度测量数值仿真

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基于数字解调与涡流技术的涂层厚度测量方法

传感器与微系统 2021年第10期40卷 114-117页

作者：王选择方诗雪程斌刘武平翟中生湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 湖北省现代制造质量工程重点实验室湖北武汉430068

针对金属基体的非金属材质涂层的厚度测量,提出一种基于数字解调与涡流技术的检测方法。针对拾取涡流信号的电感式传感探头,理论分析了涡流电感大小与涂层厚度之间的关系。设计了集激励与放大处理为一体的对称式低噪差分电路,并采用STM3... 详细信息

针对金属基体的非金属材质涂层的厚度测量,提出一种基于数字解调与涡流技术的检测方法。针对拾取涡流信号的电感式传感探头,理论分析了涡流电感大小与涂层厚度之间的关系。设计了集激励与放大处理为一体的对称式低噪差分电路,并采用STM32单片机对差分放大信号进行采集与处理。应用基于数字解调原理的信号拟合算法,自动求解采集信号的特征值。以提离距离测量代替涂层厚度测量的方式,搭建了实验平台。使用位移平台按一定步长运动10~500μm的提离量,并利用光栅对平台运动位移进行实时计量。根据测量信号反演算提离量大小。实验结果表明:所提出的检测方法在测量范围内达到相对精度±2%,且有较高的重复性。

关键词：涡流技术数字解调低噪电路信号拟合涂层厚度测量

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基于涡流技术与数字解调的涂层厚度测量方法

基于涡流技术与数字解调的涂层厚度测量方法

作者：方诗雪湖北工业大学

学位级别：硕士

基于电磁感应原理的涡流测厚技术,在各类导磁体工件的涂层厚度测量方面有着较高精度与灵敏度,广泛运用于航空航天、石油管道、工业生产等领域。随着技术的不断发展,为了满足涂层厚度测量精度越来越高的要求,本文针对金属基体上非金属材... 详细信息

基于电磁感应原理的涡流测厚技术,在各类导磁体工件的涂层厚度测量方面有着较高精度与灵敏度,广泛运用于航空航天、石油管道、工业生产等领域。随着技术的不断发展,为了满足涂层厚度测量精度越来越高的要求,本文针对金属基体上非金属材质涂层厚度的测量,设计了一种将电涡流与数字解调技术相结合的测量系统。具体研究内容包括如下:首先,电涡流测厚技术的现状及理论模型与仿真分析。综述了几种常见的涂层厚度测量方法,并从线圈探头的选择、测量信号特征值的选择与测量数据的处理方法三个方面详细介绍了电涡流法测量涂层厚度的国内外研究现状。结合涡流法测量涂层厚度的基本电磁感应原理,构建了测量系统的变压器模型并进行了相应的理论分析。利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,设计预设条件,理论分析测量数据,绘制线圈电压与提离距离的理论曲线。第二,设计了涡流涂层厚度测量系统与核心解调算法。硬件电路方面包括对称式低噪差分电路、激励信号产生电路等;软件程序方面完成了包括以STM32单片机为核心的激励信号生成、传感信号采集程序、算法处理及上下位机的串口通信程序等的设计。其中算法处理采用基于数字解调技术的信号拟合算法,相较于传统硬件解调求解信号特征值,速度快且结果更可靠。依靠二次差分的数字信号平滑方法,对测量信号进行预处理,剔除低频误差,进一步提高测量精度。第三,搭建了实验平台,对测量精度进行了实验验证。以提离距离测量代替涂层厚度进行测量的方式,使用位移平台按一定步长运动10-500μm的提离量,并利用光栅对平台运动位移进行实时测量。运用多种数学模型对测量信号进行反演算获取提离量大小,结合实验结果与理论值进行比较与误差分析。实验结果显示:所提出的检测方法在测量范围内达到相对精度小于±3%,分辨率可达到5μm,且有较高的重复性。通过上述实验研究,结合对比试验,验证了基于数字解调技术的涡流法测量金属基体上非金属材质涂层厚度测量系统的可行性,可靠性。

关键词：数字解调正弦拟合涡流技术涂层厚度测量

基于有限元的管状基体涂层厚度涡流法测量仿真研究

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基于有限元的管状基体涂层厚度涡流法测量仿真研究

作者：杨晓辉中北大学

学位级别：硕士

涂敷非金属涂层的金属管道或管状型容器在石油、化工、航空航天等领域有着十分广泛的应用，而涂层厚薄直接影响管道或容器的使用性能。因此在涂敷完成或者长时间工作后，必须对其厚度进行测量。因此，研究管状金属基体涂层厚度的测量具... 详细信息

涂敷非金属涂层的金属管道或管状型容器在石油、化工、航空航天等领域有着十分广泛的应用，而涂层厚薄直接影响管道或容器的使用性能。因此在涂敷完成或者长时间工作后，必须对其厚度进行测量。因此，研究管状金属基体涂层厚度的测量具有一定的实际意义。根据麦克斯韦方程组，推导了三维涡流场的数值计算模型;并根据涡流检测的边界条件和几何特征，结合有限元建模理论，采用ANSYS有限元分析对其进行仿真研究，建立了涡流检测管状基体涂层厚度的三维有限元仿真模型，通过电磁场谐性分析得到了电磁场的磁力线分布、被测体的涡流分布以及线圈的阻抗值。本文针对影响涡流法测量管状基体涂层厚度准确性的影响因素，从线圈阻抗的角度分析了管状基体的曲率半径变化、厚度对涡流信号及涂层测量精度的影响，并对探头线圈的阻抗值进行归一化;通过获取平板标定曲线的方法验证了管状基体涂层厚度涡流检测有限元仿真的可行性和准确性，得出了满足测量精度的管状基体的曲率半径和厚度范围;通过研究探头线圈几何参数对探头性能的影响，给出了探头性能优化的方法。以涡流测厚的理论分析为基础，搭建了涡流测厚实验平台，利用涡流探头对不同管状基体上的提离距离进行测量及误差分析，实验结果表明：使用该探头可以测量曲率半径大于60mm、厚度大于4mm的管状基体上的涂层厚度，5mm涂层的测量精度基本可达到0.1mm,为涡流测量管状基体涂层的实际应用提供了有价值的参考。

关键词：涡流检测管状基体涂层厚度测量有限元线圈阻抗

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锁相热波成像技术对涂层厚度的测量

无损检测 2017年第4期39卷 38-41,48页

作者：江海军陈力南京诺威尔光电系统有限公司南京210046

针对锁相热波成像技术在涂层厚度检测上的应用,简介了锁相热波成像技术基本原理,通过理论曲线分析了涂层厚度与相位的关系,结果表明采用锁相热波成像技术可有效测量涂层厚度。介绍了自行设计开发的锁相热波成像涂层检测系统,利用该系统... 详细信息

针对锁相热波成像技术在涂层厚度检测上的应用,简介了锁相热波成像技术基本原理,通过理论曲线分析了涂层厚度与相位的关系,结果表明采用锁相热波成像技术可有效测量涂层厚度。介绍了自行设计开发的锁相热波成像涂层检测系统,利用该系统对涂层试件进行了检测试验。结果表明:锁相频率为0.17Hz时,对于20~150μm涂层厚度的检测的重复性好,相对标准误差在2.5%以内,对红外热像技术在涂层测量领域的应用具有指导意义。

关键词：锁相红外涂层厚度测量红外无损检测热波成像无损检测锁相热波成像

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基于激光双测头的印铁涂层厚度检测系统设计

基于激光双测头的印铁涂层厚度检测系统设计

作者：万莉平南通大学

学位级别：硕士

随着印铁行业的不断发展,在金属薄板印涂领域对涂层厚度的检测技术提出了越来越高的要求。目前企业常用的涂层厚度检测方法为烘干称重估算法,该方法测量精度不高、存在滞后性。此外,市场上也出现了一些涂层测厚仪,例如磁电式、涡流式、... 详细信息

随着印铁行业的不断发展,在金属薄板印涂领域对涂层厚度的检测技术提出了越来越高的要求。目前企业常用的涂层厚度检测方法为烘干称重估算法,该方法测量精度不高、存在滞后性。此外,市场上也出现了一些涂层测厚仪,例如磁电式、涡流式、激光式等,这些测厚仪的优点是操作方便、价格便宜,缺点是多为手持式、接触式测量,且测点有限,无法实现金属薄板全平面的涂层厚度自动测量与均匀性评估。为实现金属薄板全平面的涂层厚度高精度、非接触式自动检测,基于激光双测头测厚技术,结合机械伺服系统,设计了印铁涂层厚度检测系统。论文的主要工作如下:1.提出了一种利用激光双测头实现金属薄板涂层厚度测量及均匀性评估的方法。激光双测头差分测量原理可减小金属薄板Z向位置变化和机械振动等因素对测量结果的影响,结合机械伺服系统,通过激光双测头的扫描测量,实现全板涂层厚度的非接触式测量,并根据所测厚度数据评估涂层厚度的均匀性。2.设计了基于激光双测头的印铁涂层厚度检测系统。包括机械装置和测控系统的软硬件。机械装置主要由机架、X向金属薄板传送机构、Y向扫描测厚机构组成,介绍了各部分的组成和设计思路。测控系统硬件包括激光双测头、步进电机等的选型和接线,软件主要功能有膜厚测量、数据处理和三维拟合等。3.针对涂层厚度均匀性评估,提出一种膜厚评估算法。采用最小二乘原理与三次样条插值运算相结合,实现离散膜厚数据的三维拟合,并运用灰色理论对系统测量不确定度进行估计,解决了有限测点数据评估全板厚度均匀性准确度不高的问题。4.对系统进行了精度分析与实验测试。分析了激光双测头的线性度、重复性、采集同步性等性能参数,对机械装置的传动机构精度、测厚平台平面度等影响因素进行了实验分析和改进。选择金属薄板印涂试件进行涂层厚度测量,并根据膜厚评估算法对结果进行均匀性评估。实验结果表明检测系统稳定可靠,涂层厚度测量结果的三维图形极差约为1.4μm,系统测量不确定度为1.6μm,满足企业需求。

关键词：印铁涂层激光双测头涂层厚度测量均匀性评估

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红外热波用于涂层厚度的非接触无损检测

红外热波用于涂层厚度的非接触无损检测

作者：何涛南京理工大学

学位级别：硕士

涂层能够在不影响基底材料性能的同时为基底增添如隐身、耐高温、防污等额外的功能。涂层在现代工业中占据了越来越重要的地位。当前涂层的制备工艺和服役环境使得涂层样品在生产中或使用过程中会出现厚度不均匀、气孔、脱粘、分层等缺... 详细信息

涂层能够在不影响基底材料性能的同时为基底增添如隐身、耐高温、防污等额外的功能。涂层在现代工业中占据了越来越重要的地位。当前涂层的制备工艺和服役环境使得涂层样品在生产中或使用过程中会出现厚度不均匀、气孔、脱粘、分层等缺陷,直接导致涂层性能受到影响。因此,涂层厚度的检测变得尤为重要。红外无损检测技术具备非接触、大面积成像、检测速度快的优势,在无损检测行业中具有巨大潜力。本文从理论和实验出发,研究不同激励方式下涂层结构表面温度场的变化规律,探究涂层厚度与涂层结构表面温度场的关系,实现对涂层厚度的非接触式测量。基于经典热传导方程,建立半透明涂层的脉冲红外加热双层物理模型,得到脉冲红外加热的半透明涂层表面温度场解析解和数值解。理论和数值模拟结果显示:半透明涂层厚度和表面温度峰值时刻在对数坐标上呈现线性关系。半透明涂层的透过率越高,涂层厚度和表面温度峰值时刻在对数坐标上的线性关系贴合程度越高,符合线性关系的涂层厚度范围越大;基底厚度不会影响表面温度峰值时刻与涂层厚度在对数坐标的线性关系,基底厚度与表面温度特征分离时刻在对数坐标上同样呈现线性关系;基底材料导热系数越大,表面温度峰值时刻越早,表面温度峰值越低。从而提出一种基于表面温度峰值时刻的半透明涂层厚度测量方法。实验上建立脉冲红外热波系统并制作厚度连续变化的半透明涂层试件。实验结果显示:半透明涂层厚度和表面温度峰值时刻在对数坐标上呈现线性关系,在当前的实验条件下,基于表面温度峰值时刻的半透明涂层厚度测量范围是80至220,检测误差小于5%。基于经典热传导方程,建立不透明涂层的激光扫描加热双层物理模型,得到激光扫描加热的涂层结构表面温度场解析解和数值解。理论和数值模拟结果显示:涂层表面温度时间变化曲线和涂层表面温度空间变化曲线在一定范围内存在等效关系;涂层厚度和表面温度峰值时刻在对数坐标上呈现单调关系;基底厚度对表面温度峰值时刻不造成影响;涂层材料和基底材料影响表面温度峰值;激光扫描速度影响涂层厚度和表面温度峰值时刻之间单调关系的适用范围,扫描速度越慢,适用范围越大。从而提出一种基于表面温度峰值时刻的不透明涂层厚度测量方法。实验上建立激光扫描红外无损检测系统并制作不同涂层厚度的试件,考虑到热像仪的帧频限制,实验中使用表面温度空间变化曲线替代时间变化曲线。实验结果显示:不透明涂层厚度与表面温度峰值位置在对数坐标呈现单调关系,在当前的实验条件下,固定激光扫描速度3/,基于表面温度峰值位置的不透明涂层厚度测量范围是50至400,检测误差小于10%。本论文的研究成果可为基于红外热波技术的涂层厚度检测提供一定的理论基础和实验参考。

关键词：红外无损检测半透明涂层脉冲激光扫描涂层厚度测量

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涡流技术用于钢管涂层测厚的可行性研究

中北大学学报（自然科学版） 2013年第2期34卷 188-193页

作者：张东利吴超王召巴陈振茂李勇中北大学信息与通信学院山西太原030051 江苏中烟工业有限责任公司南京卷烟厂江苏南京210019 西安交通大学强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

针对目前钢管的激光涂层测厚系统不易保证定位精度,装置调节耗时及检测效率较低等缺点,提出了利用涡流检测技术检测钢管涂层厚度的策略和方法,为不锈钢曲面结构的涂层厚度测量提供了一种有效的检测手段.通过数值仿真研究了涡流检测技术... 详细信息

针对目前钢管的激光涂层测厚系统不易保证定位精度,装置调节耗时及检测效率较低等缺点,提出了利用涡流检测技术检测钢管涂层厚度的策略和方法,为不锈钢曲面结构的涂层厚度测量提供了一种有效的检测手段.通过数值仿真研究了涡流检测技术用于涂层厚度测量的可行性,提出了基于数据库的探头提离定量方法.设计了一种大量程涡流探头,解决了涡流测厚探头在检测较厚涂层时量程过小和检测精度不足的问题,管材曲率和厚度对探头信号的影响问题以及涡流信号的非线性问题.仿真结果表明:使用涡流检测方法检测钢管内壁10mm厚度的涂层,其测量精度可达到0.01mm,能满足工程实际需要.

关键词：涡流检测技术涂层厚度测量数值仿真

涡轮叶片NiCoCrAlYTa涂层超声测厚

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电子测量与仪器学报 2017年第5期31卷 708-713页

作者：刘柯邬冠华石剑金信鸿南昌航空大学无损检测教育部重点实验室南昌330063 中国航发南方工业有限公司株洲412000

NiCoCrAlYTa涂层作为航空发动机高温部件的抗氧化涂层而得到广泛应用,涂层的厚度影响其抗氧化性能。利用超声波在涂层和基体间传播中的信号突变现象,采用小波变换技术分离出信号突变点和突变点间时间间隔,计算出涂层厚度,并应用于带有Ni... 详细信息

NiCoCrAlYTa涂层作为航空发动机高温部件的抗氧化涂层而得到广泛应用,涂层的厚度影响其抗氧化性能。利用超声波在涂层和基体间传播中的信号突变现象,采用小波变换技术分离出信号突变点和突变点间时间间隔,计算出涂层厚度,并应用于带有NiCoCrAlYTa涂层的涡轮叶片厚度测量,超声涂层厚度测量结果与金相解剖厚度测量数据进行对比,研究结果表明,使用的超声涂层厚度测量方法获得的涂层与金相法测厚数据基本接近,在平均厚度150μm,测量相对误差在5%以内。

关键词：涡轮叶片 NiCoCrAlYTa 涂层厚度测量超声