扰动磁场检测传感器的设计及试验研究

发布时间：2017-08-18 23:19

  本文关键词：扰动磁场检测传感器的设计及试验研究

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【摘要】：扰动磁场检测技术(ACFM)是一种新发展起来的用于检测工件表面缺陷的无损检测方法。通过探测被检工件表面的感应磁场变化情况来分析被检工件表面是否存在缺陷。该技术与传统的表面检测技术相比,具有对被检工件表面要求不高、操作简便且检测结果直观等优点。由于该技术发展较晚,大多数技术指标还处于探索阶段,技术不够成熟,尤其是在国内,对该项技术的掌握还处于初级阶段,因此对该项技术的研究具有重要意义。本文首先介绍了该技术在国内外的研究现状,根据扰动磁场检测的原理以及麦克斯韦方程组,建立了其数学模型。其次,依据该技术的特点,搭建了扰动磁场检测试验平台。检测平台主要包括激励信号产生电路、功率放大电路、探头、信号放大电路和滤波电路五部分。激励信号产生电路通过STM32 D/A实现,为设计便携式扰动磁场检测仪做参考;由于激励信号输出功率小,设计了失真小、功耗低的功率放大电路,增强了激励信号源的带载能力;在检测信号处理方面,设计了高增益、低失真率且增益可调的放大电路与高性能的开关电容滤波电路。设计了扰动磁场检测常规探头,并对含有不同长度和深度的人工缺陷的45#钢板进行试验研究,采用控制变量法,分析了该探头的检测灵敏度与缺陷长度及深度的关系。将探头沿着偏移缺陷位置不同距离的基准线进行扫查,通过其检测信号的大小,分析该探头的有效检测范围;并对不同深度的缺陷分别进行扫查分析,讨论其检测范围与缺陷深度的关系。将探头扫查方向与缺陷走向成不同角度分别进行扫查,分析其Bx、Bz信号特征曲线所呈现的特点。设计了扰动磁场检测笔式探头,用于辅助常规探头,检测常规探头难以扫查的部位。对含有人工缺陷的45#钢板进行试验,根据所得的缺陷信号特征曲线图,分析了该探头的检测灵敏度及有效检测范围,并讨论了其对缺陷的定位能力。设计了扰动磁场检测环形探头,专门用于检测管道类工件;对含有人工缺陷的无缝钢管进行试验,其良好的检测效果弥补了常规探头在检测该类工件时,检测信号容易发生畸变,检测效果不够理想等不足。
【关键词】：扰动磁场检测 检测平台 常规探头 笔式探头 环形探头
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH878.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 扰动磁场检测技术简介8-9
• 1.2 扰动磁场检测技术的国内外研究现状9-10
• 1.3 主要研究内容10-11
• 1.4 本章小结11-12
• 第2章 扰动磁场检测技术理论基础及其数学模型12-21
• 2.1 扰动磁场检测技术的基本原理12-15
• 2.2 扰动磁场检测技术的数学模型15-20
• 2.2.1 麦克斯韦方程组15-16
• 2.2.2 ACFM中缺陷计算的原理16-17
• 2.2.3 定解条件17-18
• 2.2.4 激励线圈数学模型的建立18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 扰动磁场检测平台的搭建21-38
• 3.1 扰动磁场检测探头22
• 3.2 STM32低功耗处理器22-23
• 3.3 基于STM32的激励信号源的设计23-31
• 3.3.1 设计方案23-25
• 3.3.2 D/A驱动程序的设计25-28
• 3.3.3 信号的测试28-31
• 3.4 功率放大电路的设计31-33
• 3.5 放大电路的设计33-34
• 3.6 滤波电路的设计34-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 扰动磁场检测常规探头的研制及试验分析38-66
• 4.1 扰动磁场检测常规探头的结构38-39
• 4.2 试验方案与分析39-65
• 4.2.1 探头的检测灵敏度分析40-47
• 4.2.2 探头的有效检测范围分析47-61
• 4.2.3 探头的扫查路径分析61-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第5章 扰动磁场检测笔式探头的研制及试验分析66-74
• 5.1 笔式探头的结构66
• 5.2 试验方案与分析66-73
• 5.2.1 探头的检测精确度及检测灵敏度分析67-70
• 5.2.2 探头检测偏离范围的试验分析70-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第6章 扰动磁场检测环形探头的研制及试验分析74-79
• 6.1 环形探头的结构74-75
• 6.2 环形探头的试验分析75-78
• 6.3 本章小结78-79
• 第7章 结论与展望79-81
• 7.1 结论79-80
• 7.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 作者在读期间科研情况说明85-86
• 致谢86-87

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本文编号：697358