铁磁性构件的脉冲涡流无损检测研究

发布时间：2017-08-18 15:09

  本文关键词：铁磁性构件的脉冲涡流无损检测研究

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【摘要】：铁磁性材料在国民工业有着广泛的应用与重要的地位,对于基础设施的建设也起着举足轻重的作用,因此检测铁磁性材料的损伤变得尤为重要。脉冲涡流检测技术由于频谱丰富、设备成本较低和响应速度快等优势,可以胜任导电材料的检测,而脉冲涡流在铁磁性材料中的检测一直是个难点。本文为了解决脉冲涡流在铁磁性材料检测中信噪比低以及易受噪声干扰的问题,从相关文献中找出当前研究存在的不足,利用电磁场基本理论,在仿真寻找其物理本质,设计相应实验进行验证,研究的内容主要如下:(1)分析了电磁参数对于铁磁性材料脉冲涡流检测信号的影响,针对矩形探头在铁磁性材料的脉冲涡流检测,提出采用磁屏蔽的方法来消除噪声信号,并利用仿真得出了不同屏蔽条件下试件中涡流以及周围磁场分布情况,提出了磁场信号的相对量来分析了不同屏蔽条件下脉冲涡流对铁磁性材料缺陷检测的影响。(2)对比了矩形探头在铁磁性材料和非铁磁性材料脉冲涡流检测时试件表面X、Y和Z分量的涡流密度分布情况,找出了利于各自材料检测的涡流密度分量,并根据涡流分量的对称分布特性提出了矩形探头的差分检测模式,根据涡流分量分布规律,提出了矩形探头在铁磁性材料和非铁磁性材料中不同的差分检测模式。(3)通过对比铁磁性和非铁磁性材料的脉冲涡流检测时缺陷处的磁场分布情况,提出了矩形探头在铁磁性材料中具有漏磁检测的特性,分析了矩形探头的脉冲涡流检测模式和漏磁检测模式,找出了利于检测时探头和缺陷所呈的最佳角度,并通过对铝板缺陷和矩形探头呈不同角度时检测效果的研究,进一步证实了铁磁性材料的PEC检测存在漏磁效应。(4)制作了铁制和铝制的屏蔽罩置于矩形探头线圈表面,对比分析了磁屏蔽对于试件表面和亚表面脉冲涡流缺陷检测的影响。设计了Hall式和GMR式矩形差分探头来获取不同方向的磁场分量,并分别用来检测铁板和铝板试件,实验表明磁场的X和Y分量更利于缺陷的定量分析,研究了探头和试件缺陷呈不同角度时脉冲涡流检测信号的规律,寻找了有利于检测的最佳检测角度,验证了仿真所提出相关结论的有效性。(5)对铁磁性材料的脉冲涡流信号进行了低通滤波去噪和小波去噪处理,通过对比分析得出了coif5小波基函数在“rigrsure”软阈值规则下去噪后的效果为最佳,去噪后的信号更接近于原始信号,保留的相位信息的真实性。
【关键词】：铁磁性 矩形探头 脉冲涡流 去噪
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.1.1 课题背景及来源8
• 1.1.2 研究意义及目的8-9
• 1.2 铁磁性材料涡流无损检测研究进展9-14
• 1.2.1 PEC及EC检测的理论研究进展9-11
• 1.2.2 铁磁性材料PEC及EC检测应用方面的研究进展11-12
• 1.2.3 PEC检测探头设计方面研究进展12-13
• 1.2.4 PEC信号处理方面研究进展13-14
• 1.3 PEC检测技术在铁磁性材料中的研究热点14
• 1.4 论文结构编排14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 铁磁性材料的PEC理论研究16-24
• 2.1 涡流检测的基本理论16-17
• 2.2 脉冲涡流检测模型与理论17-19
• 2.2.1 脉冲涡流检测模型17-18
• 2.2.2 脉冲涡流的渗透深度分析18-19
• 2.3 脉冲涡流技术原理19-21
• 2.3.1 脉冲涡流工作原理19-20
• 2.3.2 脉冲涡流时域信号特征20
• 2.3.3 脉冲涡流频域信号特征20-21
• 2.4 脉冲涡流检测的磁屏蔽理论21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 铁磁性材料的PEC无损检测仿真研究24-49
• 3.1 有限元模型的建立24-28
• 3.1.1 几何建模24-25
• 3.1.2 参数设定25-26
• 3.1.3 边界条件的设定26
• 3.1.4 有限元网格的划分26
• 3.1.5 求解条件和涡流的一般物理现象26-28
• 3.2 矩形探头在铁磁性材料PEC检测信号规律研究28-31
• 3.2.1 电导率对铁磁性材料PEC检测信号的影响29-30
• 3.2.2 磁导率对铁磁性材料PEC检测信号的影响30-31
• 3.3 矩形探头中磁屏蔽对铁磁性材料的PEC检测影响31-36
• 3.3.1 铁磁性构件缺陷脉冲涡流检测仿真分析32-33
• 3.3.2 磁屏蔽对铁磁性构件检测信号灵敏度分析33-36
• 3.4 矩形探头在铁磁性和非铁磁性材料中检测模式的比较36-41
• 3.4.1 矩形探头在铁磁性材料中涡流分布36-37
• 3.4.2 矩形探头在非铁磁性材料中涡流分布37-39
• 3.4.3 矩形探头的两种差分模式分析39-41
• 3.5 矩形探头在铁磁性构件中的涡流和漏磁效应分析41-48
• 3.5.1 矩形探头的漏磁效应机理分析41-43
• 3.5.2 矩形探头脉冲涡流检测工作模式下的缺陷检测点研究43-45
• 3.5.3 矩形探头脉冲漏磁检测工作模式下的缺陷检测点研究45-46
• 3.5.4 矩形探头在非铁磁性材料中和缺陷所呈不同角度的检测情况46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 铁磁性材料PEC无损检测实验研究49-73
• 4.1 检测系统的具体介绍49-52
• 4.2 铁磁性材料PEC检测信号去噪分析52-56
• 4.2.1 PEC检测信号的数字低通滤波分析52-53
• 4.2.2 PEC检测信号的小波去噪分析53-56
• 4.3 磁屏蔽对矩形探头在铁磁性材料的PEC检测影响56-60
• 4.3.1 试件表面磁屏蔽检测效果分析57-59
• 4.3.2 试件亚表面磁屏蔽检测效果分析59-60
• 4.4 矩形差分探头在脉冲涡流检测分析60-71
• 4.4.1 矩形差分探头的传感器制作60-63
• 4.4.2 铁板检测实验63-65
• 4.4.3 铝板检测实验65-67
• 4.4.4 矩形探头轴线与铁板缺陷呈不同角度的分析67-69
• 4.4.5 矩形探头轴线与铝板缺陷呈不同角度的分析69-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73
• 5.2 创新点73-74
• 5.3 展望74-75
• 参考文献75-80
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文80-81
• 致谢81

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本文编号：695237