电磁融合无损检测仪器设计

发布时间：2019-07-13 09:48

【摘要】：随着国民经济、科学技术和现代工业的发展,我国工业化水平逐渐提高,各种机械设备的使用也日渐广泛。铁磁材料因为具有良好的弹性、塑性和强度而被广泛应用于各种设备和零件的生产制造,在我国乃至世界经济发展中占据重要地位,针对铁磁材料的无损检测也就显得十分重要。本文开发了电涡流和巴克豪森相融合的无损检测系统,主要工作如下:介绍了电磁融合无损检测技术的研究现状;从电磁学方面阐述了电涡流检测原理和分析方法;从微观结构方面解释了铁磁材料磁畴和磁畴壁,磁化曲线和磁滞回线的概念,阐述了巴克豪森信号的产生机理、影响因素和分析方法,然后从检测原理和可行性两个方面阐明了电涡流和巴克豪森融合检测的理论基础。开发了电磁融合无损检测系统。使用不同的激励线圈和检测元件设计了不同的传感器,对主要元器件进行选型并设计制作了信号发生电路、功率放大电路、电流测量电路、信号调理电路,选择合适的数据采集卡采集最终信号。基于LabVIEW开发系统,设计了无损检测软件系统,构建了参数设置、系统控制、数据分析三个主要的功能模块,集合成为一个完善易用的无损检测软件。基于所开发的电磁融合无损检测系统进行实验。针对塑性变形和缺陷检测设计了拉伸试样和开槽缺陷试样,针对不同材料性质的检测开槽缺陷试样使用三种不同材料制作,提取检测信号的电涡流和巴克豪森时域特征值,包络线和峰值、半高全宽、峰宽比特征值,磁滞回线和饱和磁感应强度、剩磁、矫顽力特征值。分析激励信号参数和提离效应对检测结果的影响,研究塑性变形、开槽缺陷和不同材质的检测结果。最后对本文的主要工作进行了详细总结,并对进一步的研究工作进行展望和规划。
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图片说明： 2.3 融合检测原理与可行性分析2.3.1 融合检测原理由上文电涡流和巴克豪森的检测原理可以看出，二者有各自的优点缺点、以及适用情况。电涡流由于趋肤效应的存在适用于表面缺陷检测，巴克豪森适合深层或下表面缺陷检测。因此，将两种检测方式有机结合，可以提高检测范围和检测精度。融合检测的基本思路就是通过检测系统同时获得不同检测信号或者混合信号，再利用信号处理技术对检测信号进行分析与处理，得到所需信号及其特征值，最后通过数据融合技术，，分析不同特征值，得到检测结果[45]。①机理层融合机理层融合是最底层的融合，通过不同检测方式在基本原理上的关系进行融合检测。对于本文的电涡流和巴克豪森，均是通过一个激励线圈，对被测铁磁材料进行激励，然后通过磁敏传感器采集信号，铁磁材料微观组织变化或损伤均会对检测信号产生影响，也就可以通过检测信号反映被测试件状态。如图 2.20 所示，将采集到的信号进行快速傅里叶变化，得到信号在频域范围内的分布。
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图片说明： Fig3.4 Classified by winding method3.2.2 传感器检测模块检测传感器主要用来拾取磁信号，并将磁信号转化为电信号，一般常用的磁敏传感器主要有霍尔传感器、巨磁阻传感器和检测线圈[47]。①霍尔传感器当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应。霍尔传感器就是基于霍尔效应制成的磁通密度传感器。霍尔传感器一般采用硅工艺，敏感元件和信号放大调理电路可以封装集成在一起，所以具有体积小、迟滞效应小、线性度高、抗干扰能力强的优势。UGN3503 是 AllegroMicrosystems 公司生产的霍尔传感器，随磁场强度变化而线性变化，可以准确检测非常小的磁场强度变化。图 3.5 为 UGN3503 霍尔传感器和封装引脚图。图 3.6 为原理图。表 3.1 为 UGN3503 霍尔传感器主要技术参数。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH878

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本文编号：2514032