多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测若干关键技术研究

摘要

多层导电结构厚度与缺陷检测是航空航天、核电、石油、制造等许多重要应用领域急需解决的问题.本文在分析了国内外多层导电结构电涡流检测技术研究现状的基础上,结合某国防军工项目,开展了多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测若干关键技术的研究.第一章介绍了无损检测在各个领域的应用情况,综述了电涡流无损检测的理论及应用技术的研究现状,详细介绍了多层结构厚度与缺陷电涡流检测技术的研究进展和现状,结合某国防军工项目,提出了本文的研究内容,给出了论文的总体框架和创新点.第二章研究了多层导电结构厚度电涡流检测正向问题.以轴对称时谐电磁场边值问题及其性质研究为基础,引入矢量磁位,采用分离变量法和矩阵计算方法,推导出了均匀密绕有限截面圆柱形线圈置于N层导电结构上方时易于应用的探头阻抗变化数学模型.第三章建立了多层厚度电涡流检测仿真器并进行了仿真研究.首先分析了阻抗变化数学模型,其次研究其求解方法和计算的两个难点:Bessel函数积分的计算方法及广义积分上下限的确定方法;在此基础上,建立了多层结构厚度电涡流检测仿真器;仿真研究了探头参数(内半径、长度、提离)以及单层板、金属基体上导电涂层、多层结构厚度变化对探头阻抗变化的影响规律;仿真研究了探头激励频率优选方法;最后将厚度检测的仿真结果和实验结果进行了比较,验证了阻抗数学模型和仿真工作的正确性和可行性.第四章研究了多层厚度电涡流检测的反演模型和算法.首先介绍了多频电涡流检测的原理,其次研究了最小二乘数值优化反演模型、BP神经网络反演模型以及RBF神经网络反演模型及其算法,然后根据实际检测的数据进行了反演计算,比较了反演的效果,并进行了优选.第五章研究了多层导电结构缺陷电涡流扫描检测技术.第六章研究了多层导电结构缺陷电涡流检测信号预处理技术.根据探头的信号,利用小波多分辨分解及重构和小波包分析技术去除各种噪声,并进行了消噪效果对比和优选.第七章介绍了所研制成功的多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测实验系统,并研究了关键的软硬件技术.第八章概括了本文的主要研究内容和创新点,并对于多层结构厚度与缺陷电涡流检测进行了展望.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2电涡流检测技术概述

1.3电涡流检测理论与应用研究进展和现状

1.4多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测技术研究进展及现状

1.4.1应用研究进展及现状

1.4.2多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测正向问题研究进展

1.4.3多层导电结构厚度电涡流检测逆向问题研究进展

1.4.4多层导电结构缺陷电涡流扫描检测技术研究进展

1.4.5多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测信号预处理技术研究进展

1.4.6多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测的研究热点

1.5本文的研究内容及总体框架

1.5.1课题的提出

1.5.2本文的研究内容及总体框架

1.5.3本文的主要工作和创新之处

1.6本章小结

图

第二章多层导电结构厚度电涡流检测正向模型研究

2.1引言

2.2电涡流检测正向问题的电磁场理论基础

2.2.1时变电磁场Maxwell方程组

2.2.2时谐电磁场Maxwell方程组

2.2.3时谐电磁场的矢量磁位及其边值问题

2.3多层导电结构厚度电涡流检测正向模型研究

2.3.1通电圆环单匝线圈置于多层导电结构上方时的矢量磁位边值问题

2.3.2有限截面N匝线圈置于多层导电结构上方时的矢量磁位

2.3.3有限截面线圈的阻抗

2.4本章小结

第三章多层导电结构厚度电涡流检测仿真器研究

3.1引言

3.2多层导电结构厚度电涡流检测探头阻抗数学模型的分析

3.3多层导电结构厚度电涡流检测仿真器的建立

3.3.1阻抗数学模型的计算

3.3.2多层导电结构厚度电涡流检测仿真器的建立

3.4多层导电结构厚度电涡流检测仿真研究

3.4.1探头参数对阻抗变化的影响

3.4.2多层厚度电涡流检测的仿真研究

3.4.3多层厚度电涡流检测最优激励频率的选取

3.5仿真结果的实验验证

3.6本章小结

第四章多层导电结构厚度电涡流检测反演模型及算法研究

4.1引言

4.2多频电涡流检测多层厚度原理

4.3反演模型及其算法

4.3.1最小二乘数值优化反演模型

4.3.2人工神经网络反演模型与算法

4.4多层厚度反演计算实例及结果比较

4.4.1检测对象与求解

4.4.2实验及反演计算分析

4.5本章小结

第五章多层导电结构缺陷电涡流扫描检测技术研究

5.1引言

5.2多层导电结构电涡流扫描检测缺陷类型及实验系统

5.2.1飞机多层结构电涡流检测的一般流程

5.2.2电涡流扫描检测的缺陷类型及实验系统

5.3多层导电结构缺陷电涡流扫描检测的有限元仿真技术研究

5.3.1多层导电结构电涡流扫描检测有限元模型

5.3.2基于ANSYS软件的有限元仿真计算

5.4多层导电结构缺陷电涡流扫描检测仿真计算及结果分析

5.4.1矩形缺陷电涡流扫描检测仿真结果及分析

5.4.2弧形缺陷电涡流扫描检测仿真结果及分析

5.4.3楔形缺陷电涡流扫描检测仿真结果及分析

5.4.4不同形状缺陷的仿真结果比较

5.5多层导电结构缺陷电涡流扫描检测实验及结果分析

5.5.1矩形缺陷的电涡流扫描检测实验结果及分析

5.5.2弧形缺陷的电涡流扫描检测实验结果及分析

5.5.3楔形缺陷的电涡流扫描检测实验结果及分析

5.6本章小结

第六章多层导电结构缺陷电涡流扫描检测信号预处理技术研究

6.1引言

6.2小波分析理论基础

6.2.1小波变换的几个概念

6.2.2小波包分析

6.3基于小波变换和小波包分析的信号消噪技术

6.3.1小波多分辨分析消噪技术

6.3.2基于小波包分析的消噪技术

6.4基于小波分析的电涡流检测信号消噪技术

6.4.1基于小波多分辨分解及重构的电涡流检测信号消噪技术

6.4.2基于小波包分析的电涡流检测信号消噪技术

6.4.3消噪效果比较

6.4.4其它干扰信号的消除

6.5本章小结

第七章多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测实验系统研制

7.1引言

7.2电涡流检测实验系统硬件设计

7.2.1多频电涡流检测实验系统原理框图

7.2.2探头激励信号的产生

7.2.3电涡流检测信号的滤波和陷波

7.2.4电涡流检测信号的X/Y分解

7.2.5自动平衡电路

7.2.6电涡流检测信号的A/D转换和采集

7.3电涡流检测实验系统探头绕制和外形设计

7.4检测实验系统研制中存在的几个技术问题及解决措施

7.5电涡流检测实验系统研制及前面板设计

7.6电涡流检测扫描机构设计

7.7多层导电结构电涡流检测实验系统软件设计

7.8电涡流检测实验系统厚度检测不确定度评定

7.9本章小结

第八章结论与展望

8.1全文总结

8.2未来展望

附录Ⅰ本文中电磁场理论的主要符号

附录Ⅱ矩阵W(i，1)的计算

参考文献

作者攻读博士学位期间发表(录用)的学术论文

致谢