脉冲交流电磁场深层缺陷量化检测技术研究

摘要

针对防腐层覆盖下腐蚀疲劳裂纹以及多层结构内部缺陷等深层缺陷的检测需求，本论文基于交流电磁场检测（AlternatingCurrent Field Measurement,ACFM）技术原理，引入低频脉冲激励技术，形成深层缺陷脉冲交流电磁场检测(PulsedAlternating Current Field Measurement，PACFM)技术及系统，实现对表面及深层缺陷的分类识别以及深层缺陷埋深量化。通过理论分析、数值仿真和实验研究的手段，重点研究脉冲激励下深层缺陷的瞬态响应特性，基于主成分分析法提取缺陷信号特征，构建缺陷分类识别算法以及深层缺陷埋深量化算法，编制智能检测软件，最终开发脉冲交流电磁场检测系统，开展缺陷的分类识别以及量化检测实验研究。论文主要从以下三个方面展开研究： (1)脉冲交流电磁场检测技术理论研究与仿真模型建立 基于ACFM检测技术原理，引入低频脉冲激励技术，根据经典电磁学理论建立脉冲交流电磁场检测技术的理论模型。利用ANSYS建立脉冲交流电磁场检测有限元仿真模型，研究脉冲激励下工件纵向电磁场分布以及传播规律，重点研究感应电磁场在缺陷附近区域的畸变规律。 (2)脉冲交流电磁场检测技术缺陷分类识别及埋深量化分析 借助脉冲交流电磁场检测有限元仿真模型，对表面缺陷以及不同埋藏深度的深层缺陷进行仿真分析并提取瞬态响应信号，在时域、频域以及时频域对缺陷信号进行多层次分析，基于主成分分析法提取信号特征，构建缺陷分类识别及埋深量化算法。 (3)脉冲交流电磁场检测系统优化设计及缺陷检测实验 开发脉冲激励模块，优化设计信号调理模块等硬件模块，编制基于脉冲交流电磁场检测缺陷分类识别及埋深量化算法软件系统，并搭建完整的脉冲交流电磁场深层缺陷检测系统。开展人工缺陷检测实验研究，对不同类型的缺陷进行分类识别以及埋深量化。实验结果表明该系统实现铝试件埋深5mm的深层缺陷检测，有效实现对表面缺陷和深层缺陷的准确分类以及深层缺陷埋深量化。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的依据和课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1深层缺陷检测技术

1.2.2信号处理与特征提取技术

1.3主要研究内容

(1)脉冲交流电磁场检测技术理论研究与仿真模型建立

(2)脉冲交流电磁场检测技术缺陷分类识别及埋深量化分析

(3)脉冲交流电磁场检测技术系统优化设计及缺陷检测实验

第2章 脉冲交流电磁场检测技术基础理论及仿真

2.1脉冲交流电磁场检测技术基础理论

2.1.1脉冲电磁场传播理论

2.1.2激励信号与集肤深度

2.2脉冲交流电磁场检测仿真模型

2.2.1仿真模型建立

2.2.2仿真结果分析

2.3缺陷对电磁场扰动规律

2.3.1无缺陷时电磁场分布

2.3.2表面缺陷对电磁场分布的影响

2.3.3深层缺陷对电磁场分布的影响

2.4本章小结

第3章脉冲交流电磁场深层缺陷特征提取与定量分析

3.1深层缺陷脉冲响应信号分析

3.1.1时域分析

3.1.2频域分析

3.1.3时频联合分析

3.2特征提取及算法研究

3.2.1基于PCA的特征提取

3.2.2算法研究

3.3本章小结

第4章脉冲交流电磁场缺陷检测系统开发

4.1系统设计

4.2系统硬件设计

4.2.1探头设计

4.2.2信号激励模块设计

4.2.3信号调理模块设计

4.2.4电源模块及采集模块

4.3脉冲交流电磁场检测软件设计

4.3.1数据采集与存储

4.3.2 PCA训练程序及时频分析程序

4.3.3缺陷检测

4.3.4缺陷分类及量化

4.4本章小结

第5章 脉冲交流电磁场深层缺陷检测实验及定量分析

5.1深层缺陷检测实验

5.2缺陷分类及量化分析

5.2.1特征信号

5.2.2缺陷分类

5.2.3量化分析

5.2.4缺陷量化算法验证

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要研究结论

6.2主要创新点

6.3存在的问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢