开题报告-脉冲涡流检测的频域分析研究.doc

1 选题的依据和意义 无损检测(Nondestructive testing，NDT)技术是发展现代工业必不可少的重要技术措施之一。无损检测是在不损伤原材料和被检测结构构件的前提下，检测构件内在或表面缺陷及有关物理量的综合性应用技术。它在材料加工、零件制造、产品组装乃至产品使用的整个过程中，不仅保证了质量、保障了安全，而且在节约能源及资源，降低成本，提高成品率和劳动生产率方面起到了积极的作用，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平。无损检测技术的应用范围甚广，尤其是在航空维修中，已经成为保障飞机安全、提高飞行可靠性以及延长飞机寿命的重要技术手段。随着航空维修手段的不断提高，无损检测在航空维修中的重要性越来越突显。从一定程度上来说，航空的安危跟无损检测密不可分。 无损检测在航空维修中的最基本应用就是检测飞机结构损伤。飞机损伤大致可分为以下五种[1.2]：①飞机结构零部件生产制造过程中产生的缺陷；②飞机在起飞、飞行、着陆过程中，由于某种原因使飞机产生过大的负载造成的结构损伤；③日常维护过程中造成的刮伤、撞伤等；④由于使用环境所造成的腐蚀损伤；⑤交变载荷所造成的疲劳损伤。这些损伤如果没有得到有效的处理，极易产生裂纹,严重地威胁着飞机的安全。 涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，只能用于导电 材料的检测。当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈磁场的作用， 试件会有感应电流产生，这种电流称为涡流。涡流的大小、相位及流动特性受到 试件自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的影响。通过观 察涡流的特性判断试件性质、状态以及有无缺陷的检测方法，叫做涡流检测。使用涡流检测技术，涡流检测线圈不必与试件紧密接触，不需要耦合剂，检测过程不会影响试件的性能，对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高，在一定条件下，检测信号能反映试件缺陷的信息，因此，对管、棒、线和板材等有很高的检测效率。 脉冲涡流检测技术是近几年发展起来的一种新型的电磁无损检测技术。传统 的涡流检测技术采用的是正弦信号作为激励，由于趋肤效应的存在，其对深层缺 陷的检测能力受到限制；而脉冲涡流检测技术采用具有宽广频谱的脉冲作为激励，可以同时检测到被测部件中不同深度的缺陷，获得更多的缺陷信息，有利于航空维修，对保障飞机安全有着重要的意义，因而引起众多研究人员的兴趣。 由于脉冲涡流含有丰富的频谱信息，频谱特征量的提取并未得到真正利用。因此对脉冲涡流检测频域分析的研究具有重大的意义。 2 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 从检测得到的信号中提取有用的特征量,对缺陷进行有效识别甚至定量分析,在脉冲涡流检测中是非常重要的。早期,对脉冲祸流检测缺陷识别的研究主要是集中在寻找时域上可用作缺陷分类的特征量。如对瞬态感应电压进行差分处理(被检工件有缺陷与无缺陷情况下的检测信号相减)后,取差分信号的峰值、峰值时间以及过零时间等信息作为特征量,分析这些特征量与缺陷的形状、大小以及深度等信息的关系。这些时域特征量如图1所示[1]。 图1 脉冲检测信号时域特征量 脉冲涡流的检测信号中含有丰富的频谱分量。因此，从频域中提取合适的特征量来进行缺陷分类识别也引起了众多研究者的兴趣。近几十年来，国外工作者在检测方法和信号处理方面取得了大量的研究成果： （1）、法国里昂电气工程中心(Centre de Genie Electrique de Lyon, CEGELY)在1993年研发了一款基于两个磁传感器的脉冲祸流检测系统[3，6],传感器釆用差分分布模式增强系统的检测灵敏度。该系统能够检测出深度为20mm的缺陷。之后,他们通过获取感应信号的峰值、过零时间和最大幅值信号的特征频率,对航空铆接结构中铆钉边缘裂纹的尺寸大小和埋藏深度进行了分析。 （2）、美国依阿华州立大学无损评估中心(Center for Nondestructive Evaluation,Iowa State University)的J. C. Moulder等人对脉冲祸流检测技术的研宄主要集中在对飞机机身结构缺陷的检测。他们釆用两个线圈分别作为激励和检测探头,提取峰值和过零时间作为特征量。实验结果表明峰值主要和腐烛缺陷的大小有关,过零时间和腐蚀缺陷的深度密切相关。2001年,中心在美国空军的支持下,研制了用于对飞机机身结构中出现的腐蚀缺陷进行检测的脉冲祸流检测仪器[4]。 （3）、英国Newcastle大学田贵云教授带领的团队对脉冲涡流线圈检测的解析法做了深入的拓展，其中采用磁传感器对多层导电结构材料进行试验。采用主成分分析法提取信号特征量，对表面、近表面的缺陷分类识别[5.6]，该分类算法优于传统的峰值、峰值时间以及过零时间的