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摘 要

：脉冲涡流检测方法是涡流检测技术的一个新兴分支。本文设计了一套脉冲涡流检测系统,通过实验分析,可根据脉冲涡流信号输出峰值的变化判断裂纹的位置;根据脉冲涡流差分信号输出的峰值及峰值时间判定裂纹缺陷的深度信息利用 Comsol 有限元仿真软件对铝，铜，钨三种非磁性材料和铁这种磁性材料 ，每种材料的上表面和下表面分别设置宽度为2mm，深度1-9mm的缺陷进行建模和相关仿真分析，得出不同缺陷与差分信号一阶导数的变化关系。 该结论为工程实践金属内部缺陷检测提供了一定的参考价值。

关键词：脉冲涡流；差分信号一阶导数；缺陷检测

Abstract: Pulsed eddy current testing method is a new and developing branch of eddy current testing technology. Design a set of pulsed eddy current testing system, through the experimental analysis, according to the change of pulsed eddy current signal output peak judge the location of the crack; Based on pulsed eddy current differential signal output peak and the peak time for determining the depth of the crack defects information by using the finite element simulation software Comsol for Aluminum , Copper , Tungsten three kinds of non-magnetic materials and Iron this kind of magnetic materials, each material on the surface and under surface, respectively, set the width to 2 mm, 1-9 mm depth of defect modeling and simulation analysis, it is concluded that different defects and the change of the first derivative differential signal. The conclusions for engineering practice metal internal defects detection provides a certain reference value.

Key words: pulsed eddy current; The differential signal first derivative; Defect detection

目录

1.绪论 4

1.1.脉冲涡流检测的背景与意义 4

1.2国内外研究进展 4

1.3 脉冲涡流检测技术特点 5

1.4 论文安排 6

2.脉冲涡流缺陷检测系统的理论基础 7

2.1. 涡流效应 7

2.2. 趋肤效应 7

2.3. 脉冲涡流检测系统的工作原理 9

3.Comsol Multiphysics软件 10

3.1.Comsol Multiphysics的基本信息 10

3.2.COMSOL Multiphysics 工作原理 10

4.典型差分信号与一阶导数信号的分析 11

4.1.典型差分信号分析 11

4.2.差分信号一阶导数理论分析 12

4.3.频域特征值分析 13

5.对不同缺陷做仿真 13

5.1.对上表面缺陷做仿真 14

5.2.对下表面缺陷做仿真 16

5.3差分信号一阶导数仿真分析 17

5.4脉冲涡流缺陷频域测试研究 19

结 论 21

参 考 文 献 22

致 谢 23

1 绪论

脉冲涡流检测是这几年发展起来的一种新型的无损检测方式，能够定量检测表面和下表面缺陷。因为脉冲涡流的宽谱，所以只用一次扫描就能检测出不同深度的缺陷。脉冲涡流有很好的检测能力，当前在金属结构的无损检测领域获得了普遍的使用^[1]。

使用电磁感应，经过测定被检样品内感生涡流的变化来判定样品有无缺陷的无损检测方法。称为涡流检测，涡流检测仅可以用于对导电材料的检测。对线材、管和棒等材料具有很高的检测效率。

1.1 脉冲涡流检测的背景与意义

重大装备普遍存在复杂几何状零件于，如高速列车车轮与轮轨、风力发电叶片、水轮机叶片、发电机轴瓦、飞机机身与机翼、汽轮机叶片与轮毂等。目前无损检测研究的重要领域之一是针对具有复杂几何形态的零件／产品的缺陷检测技术研究，在主要工程装备，如高速铁轨、高速列车、大型发电设备的主要零部件、核电站设备及各种管道、风力发电设备、压力容器的对接焊接接头、飞机结构及各部件等关键部分广泛应用与无损检测，对保障重大工程装备的正常运行具有重要意义。

国内外研究人员对此进行了详细的探索研究。法国研究者勒布伦，美国爱荷华州立大学的无损评价中心，英国公司QinetiQ R.史密斯和雨果使用脉冲涡流技术对飞机机身结构进行缺陷检测，提出了峰值、峰值时间特征量定量检测缺陷；英国Newcastle 大学田贵云教授等采用主成分分析方法提取脉冲涡流信号特征，主成分分析方法提取特征其分类性能优于传统的峰值、峰值时间特征。我国学者杨宾峰、潘孟春等采用脉冲涡流时域信号峰值、过零时间、上升时间等特征量实现了对缺陷的定量检测与分类识别，他们也在频域里对脉冲涡流信号展开了研究，主要研究缺陷的分类识别，但对于缺陷检测信号各次谐波分量的研究并未开展。从激励脉冲的宽广频率成分可以看出，脉冲涡流检测技术检测表面与亚表面缺陷具有很大优势^[2].

1.2 国内外研究进展

脉冲涡流检测技术已在法国的Cegely、美国爱荷华州大学及英国的DERA实验室等取得了一些成功，在现代无损检测技术的研究和发展中倍受关注。此中少许研究院推出了商品化的脉冲涡流无损检测仪器。

1993，法国（中心去核电里昂，cegely）研究人员 B.Lebrun 等选取检测元件是一对磁阻传感器来，为提高检测灵敏度而使用差分的原理，检测了铆接结构周围的缺陷。1997 年，他们改进了原先的方法，改选用霍尔传感器来作为检测元件，实验中选用特征频率、峰值和峰值时间和三个参数来对缺陷的尺寸。

美国无损评估中心集中于对飞机机身结构缺陷的检测来进行脉冲涡流检测技术的研究，取得了 PEC 检测技术的有关专利。他们选取线圈分别作检测和激励，采用特征量为过零时间和峰值，实验结果显示峰值和缺陷的范围有关，过零时间与腐蚀缺陷的深度密切相关。2001 年，用于检测飞机机身结构中出现的缺陷的脉冲涡流仪器被研制出来。

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