SQUID无损检测中的磁逆算法研究

摘要

无损检测技术是在不损伤被检试件性能的情况下对试件进行的检测技术，用来确定试件是否符合工程需要，能否可以继续使用。这种技术常用于检测试件的特征量，如性能寿命等方面。随着航空制造技术的不断发展，三维编织复合材料以其优良的层间性能和其他力学性能获得了广泛应用。由于三维编织复合材料具有绝缘性强、导热率低、声衰减高的特点，以及在物理性能方面呈显著的各向异性，使得它对波传播的影响与普通金属材料相比有很大的差异，因而其无损检测技术与金属的检测大不相同。然而针对普通材料的其他传统无损检测技术如超声波检测、声发射检测、涡流检测、微波检测等又需要经过二次开发，才能反映出材料内部的缺陷情况。因此，为提高三维编织复合材料试件的生产质量和维护水平，本课题中提出一种更有效的检测方法—基于SQUID（超导量子干涉仪）的一种无损检测技术。
　　SQUID是一种测量微弱磁信号的灵敏仪器，其基本原理是磁通量子化理论和约瑟夫森结效应。作为一种磁通传感器，SQUID可以用来测量变化的磁通量，以及能够转换为磁通量的任何物理量，如电压、电感、磁感应强度、磁场梯度、磁化率等。本课题是首次利用SQUID对三维编织复合材料进行无损检测。实验首先对小磁针进行扫描，从单偶极子磁场的角度对磁场进行研究，并根据实验结果实现了对小磁针的定位，为试件中缺陷的定位奠定了基础，优化了实验设备。为进一步研究感应涡流磁场的性质，实验对含有缺陷的铝板进行检测，实验结果也能很好地反映缺陷的位置。在此基础上对纤维编织不均匀的三维编织复合材料进行检测，由实验结果能够对复合材料中纤维的体积含量进行判定，为进一步研究复合材料的其他性能提供了条件。针对三维编织复合材料的无损检测，提出了一种基于径向基神经网络和遗传算法的磁逆转换方法。其基本思想是:径向基神经网络作为前向模型，用来计算初始化缺陷对应的磁信号。遗传算法作为优化策略，将径向基神经网络计算得到的磁信号与SQUID实际测量的磁信号无限逼近，当二者之差小于某个值时，根据初始化的缺陷最终确定试件中实际缺陷的特征参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文结构

第二章 三维编织复合材料的检测方法及其比较

2．1 三维编织复合材料缺陷概述

2．1．1 制造三维编织复合材料过程中产生的缺陷

2．1．2 使用三维编织复合材料过程中产生的缺陷

2．2 三维编织复合材料的检测方法及其比较

2．2．1 目视法

2．2．2 渗透法

2．2．3 超声波法

3．2．4 X射线法

2．2．5 磁粉检测

2．2．6 涡流检测

2．2．7 声发射法

2．2．8 声波法

2．3 本章小结

第三章 SQUID的原理及其应用领域

3．1 超导量子干涉器原理

3．2 激励线圈与频率

3．3 空间分辨率

3．4 灵敏度

3．5 抑制噪声

3．6 生物磁测量

3．6．1 心磁图(MCG)

3．6．2 脑磁图(MEG)

3．6．3 肺磁的测量

3．7 低频弱电压、电流及电阻的测量

3．8 本章小结

第四章 检测系统的组成

4．1 设备简介

4．2 高温超导SQUID传感器

4．3 杜瓦

4．4 扫描装置

4．5 数据采集软件

4．5．1 数据采集和扫描系统框图

4．5．2 软件初始化窗口

4．5．3 主窗口

4．6 杜瓦中填充液氮

4．7 杜瓦升温步骤

4．8 处理液氮的安全注意事项

4．9 本章小结

第五章 三维编织复合材料磁逆算法分析

5．1 三维编织复合材料特点概述

5．2．基于遗传算法的磁逆转换

5．2．1 磁逆问题

5．2．2 遗传算法概述

5．2．3 遗传算法的磁逆运算

5．3．本章小结

第六章 实验过程及其分析

6．1 实验设备的安装调试

6．2 实验过程

6．2．1 小磁针实验及其定位

6．2．2 铝板实验

6．2．3 三维编织复合材料实验

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献

研究生期间发表的学术论文

附录

1．节点数据结构

2．数据分组代码

3．定位峰值坐标代码

致谢