交流电磁场检测信号处理方法及应用研究

摘要

交流电磁场测量（ACFM）技术是近年来兴起的一种新型电磁无损检测技术，该方法不受提离效应、材料属性、边缘效应的影响，对结构物表面裂纹可实现长度和深度的定量测量。本文结合山东省科技发展计划项目“ACFM缺陷智能可视化检测系统开发及工业应用”的相关研究内容，通过理论分析和实验研究，对ACFM检测信号的处理方法及应用进行了较系统的研究。对交流电磁场检测的数学模型进行探讨，利用有限元数值仿真方法，采用远场域处理三维电磁场中开域问题的方法，建立矩形和U型ACFM激励探头模型及ACFM有限元模型，对受缺陷扰动的磁场分布状态进行研究。实验验证仿真结论的正确性，为表面缺陷的定量测量提供了理论基础。 设计满足空间“点”磁场测量的检测线圈尺寸，研制基于矩形、U型磁芯及单个、阵列检测线圈的系列化探头。在此基础上，设计激励信号源与信号调理电路。应用面向对象的编程思想，编制基于虚拟仪器的系统检测软件。利用数字滤波、小波分析等现代信号处理技术，结合Labview与Matlab混合编程的方法，对检测到的微弱信号进行消噪处理，提取有用信号。采用蝶形图进行缺陷的定性识别与报警，消除传感器移动的速度效应，并给出裂纹长度和深度的定量结果。融合传感器、信号检测、计算机采集和信号处理技术，研制并实现一套完整的ACFM可视化检测系统硬件实验平台和软件分析平台，通过大量的实验对工件裂纹进行检测，并对测试数据进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题的来源及研究意义

1.2无损检测技术的研究现状与发展

1.2.1无损检测技术概述

1.2.2电磁无损检测技术的研究现状与发展

1.3交流电磁场检测技术的特点及国内外研究现状

1.3.1交流电磁场检测技术的特点

1.3.2交流电磁场检测技术的国内外研究现状及发展

1.4论文主要研究内容

第2章 交流电磁场检测的理论基础与有限元数值仿真

2.1 ACFM技术的工作原理

2.2交流电磁场检测的数学模型

2.2.1边界条件分析

2.2.2裂纹存在时的场分布分析

2.2.3有外加场时的场分布分析

2.3 交流电磁场检测的有限元数值仿真

2.3.1电磁场数值计算方法的发展

2.3.2有限元法在电磁场分析中的应用

2.3.3有限元分析软件ANSYS在电磁场分析中的应用

2.4 ANSYS仿真模型的建立及仿真结果分析

2.4.1激励模型

2.4.2 ACFM的有限元模型

第3章 交流电磁场检测系统的研制与实现

3.1系统的总体设计

3.2激励信号源设计

3.2.1正弦信号发生器

3.2.2功放电路

3.3传感器(探头)的设计

3.3.1激励线圈的选择

3.3.2磁芯的选择

3.3.3检测线圈的设计

3.3.4探头的系列化设计

3.4信号调理电路

3.5基于虚拟仪器的数据采集模块

3.5.1虚拟仪器技术

3.5.2虚拟仪器开发环境-Labview

3.5.3 A/D数据采集卡的选择

3.5.4数据采集程序的开发

3.6 ACFM检测系统软件的设计

3.7电磁兼容性设计

第4章 交流电磁场检测信号处理方法研究

4.1信号调理电路

4.1.1前置放大电路

4.1.2低通滤波电路

4.1.3后端放大电路

4.2基于Labview的检测信号处理

4.2.1检测信号的预处理

4.2.2基于Labview和Matlab的小波消噪

4.2.3利用相关性测量ACFM检测信号相位差

4.2.4检测信号Bz的翻转

4.3缺陷的可视化识别及定量检测

4.3.1缺陷的可视化识别与报警

4.3.2缺陷的定量检测

第5章 ACFM检测系统平台的开发与应用分析

5.1 ACFM检测系统平台的搭建

5.2 ACFM检测系统平台的测试

5.2.1试件的加工

5.2.2测试结果与分析

结论

参考文献

致谢