基于电磁超声的铝板缺陷识别方法

针对铝板中典型缺陷类型,提出基于电磁超声的铝板缺陷识别方法.通过平底孔和圆底孔人工缺陷模拟实际缺陷,使用电磁超声体波获得多组缺陷回波信号样本,采用小波邻域自适应阈值消噪方法,提升信号信噪比.从时域、频域和时频域提出多种信号特征方法,提取45种信号特征.以基于类内类间距离的类别可分性判据为评价指标,通过序列浮动前向选择算法(SFFS)搜索得到最优特征向量用于缺陷识别.采用k-折交叉确认方法确定支持向量机分类器的最优参数.试验结果表明,设计的分类器能够有效地识别文中铝板内的平底孔和圆底孔缺陷,识别正确率达到了96.7%.

基于USB的电磁超声数据采集及分析系统的设计

针对电磁超声信号的微弱性、多样性特点以及电磁超声系统的便携式检测需求,设计了基于USB的电磁超声数据采集及分析系统。该系统通过USB实现上位机与采集电路的数据交换,采用FPGA实现电磁超声发射/接收电路控制和数据采集,并利用LabWindows CVI编写了上位机软件。试验表明,系统具有较高的采样速率和采样精度,使用方便灵活,具有广阔的应用前景。

螺旋线圈电磁超声换能器解析建模与分析

目前电磁超声换能器(electromagnetic acoustictransducer,EMAT)建模方法中存在有限元法计算时间较长,解析法建模不完整的问题。通过将圆柱永磁体等效为电流环并采用截断区域特征函数展开(truncated region eigen-function expansion,TREE)方法,建立螺旋线圈EMAT完整解析模型,得到涡流、磁场、力场和线圈阻抗的表达式。随后以铝板探伤为背景,应用该模型分析静磁场及其产生的洛伦兹力分布规律,得到永磁体直径是线圈的1.5～2倍,厚度与其直径相等的设计原则;对比分析静磁场洛伦兹力和交变磁场洛伦兹力的频率、大小和分布规律。最后,结合有限元法和实验验证了模型和分析结果的有效性。

横波电磁超声相控阵换能器设计

针对横波电磁超声相控阵换能器声场分布特征不明确的问题,采用有限元方法仿真分析不同换能器设计参数下横波声束偏转特征变化规律,据此提出横波电磁超声相控阵换能器设计方法。研究表明,横波位移分布受频率影响较小,但受阵元宽度影响明显。其中,0.2 mm阵元宽度激发产生的横波在±35°范围内位移分布平稳,随着阵元宽度的增加,横波能量朝向0°位置聚集。考虑到平稳位移分布更有利于保证相控阵换能器缺陷检测精度,因此采用0.2mm阵元宽度设计横波电磁超声相控阵换能器。此外,阵元间距选择和声束偏转角度控制的研究结果能够为横波电磁超声相控阵换能器设计提供快速、准确的指导。最后,实验验证了仿真模型的有效性。

骨架型电磁超声相控阵换能器设计

针对骨架型电磁超声相控阵换能器设计方法不明确、换能效率低的问题,采用有限元建模仿真和实验相结合的技术路线,研究一种骨架型电磁超声相控阵换能器设计方法。建模分析了单通道电磁超声换能器(electromagneticacoustic transducer,EMAT)线圈绕制方式,随着角度增加,线圈采用水平绕制方式产生的声压显著大于垂直绕制方式;分析了在线圈间隔离绕制和重叠绕制2种方式下,电磁超声相控阵声场的变化规律,结果表明重叠绕制方式激发产生的横波幅值明显大于隔离绕制方式。在上述仿真分析的基础上,研制了导线长度为10mm、30匝的骨架型电磁超声相控阵换能器,成功实现了铝板中直径为3mm垂直孔的缺陷检测。

基于电磁超声兰姆波的铝合金板材小缺陷检测技术研究

电磁超声技术因其无需耦合剂等优点而在无损检测与无损评估领域获得广泛应用。在分析铝合金板材中电磁超声兰姆波激发原理的基础上,结合兰姆波与缺陷的作用机理,建立了电磁超声兰姆波三维有限元声场模型,分析了利用电磁超声换能器检测铝合金板材小缺陷的可行性。针对GJB3384—98的检测要求,设计了可用于检测直径为1 mm的小型通孔缺陷的电磁超声兰姆波换能器。在此基础上研制了基于电磁超声兰姆波技术的铝合金板材检测样机。实验表明,该样机不仅能够有效检测出GJB3384—98规定的小型通孔,也能检测出长度为4 mm、槽深为0.4 mm的槽型缺陷,为基于电磁超声技术的铝合金板材小缺陷检测的工程应用奠定了基础。

基于电磁超声的列车轮对踏面在线探伤装置

针对目前列车轮对探伤效率低的缺点,设计了一种基于电磁超声的列车轮对踏面在线探伤系统。该系统结合表面波和电磁超声技术的优势,利用嵌入到钢轨轨头的六通道电磁超声探头,实现轮对踏面全面探伤;采用正交试验方法优化电磁超声换能器,提高了系统探伤性能;通过电磁超声大功率发射和低噪声接收电路完成超声波的发射和接收;采用基于现场可编程门陈列(FPGA)的控制及数据采集电路,实现装置的控制、数据采集、传输等功能;通过上位机对探伤数据进行处理、显示。试验表明,系统能够有效检测出轮对踏面伤损,具有无需耦合剂、检测效率高的优点。

钢轨踏面电磁超声检测信号处理方法

针对钢轨踏面电磁超声检测信号幅值小、信噪比低的问题,研究适用于电磁超声的数字信号处理方法,利用小波变换对信号进行消噪处理,通过希尔伯特变换提取信号包络,并对处理后的数据进行超声成像。采用LabWindows/CVI和Matlab混合编程的方式设计上位机数据分析软件。试验表明,该方法显著提高了电磁超声回波信号的信噪比,能有效地检测钢轨踏面缺陷并进行定位。

基于电磁超声表面波的钢轨在线探伤装置

针对目前普遍采用的压电超声式钢轨在线探伤装置存在探伤速度有限,难以检测钢轨表面缺陷的缺点,设计了一种基于电磁超声表面波的钢轨探伤装置。该装置采用透反结合的方式,通过两种频率的电磁超声表面波进行钢轨在线探伤;通过电磁超声大功率发射和低噪声接收电路完成超声波的发射和接收;采用基于FPGA(现场可编程门陈列,Field Programmable Gata Array)和ARM(Advance RISC Machinec)硬件架构,实现装置的控制、数据采集、存储等功能;通过上位机对探伤数据进行处理、显示。试验表明,装置能够有效检测出钢轨轨头核伤、人工加工缺陷等,具有无需声耦合剂、检测精度高、速度快的特点。

基于电磁超声的钢轨探伤装置

由于当前压电超声钢轨探伤装置依赖耦合剂、结构复杂,故设计了基于电磁超声的钢轨探伤装置。该装置采用电磁超声斜入射体波、垂直入射体波、高频和低频表面波四种类型探头,可以实现对钢轨的全面探伤;设计的多通道探伤装置机械结构具有体积小的特点;针对电磁超声换能器换能效率低、对噪声敏感的特点,设计了大功率发射和低噪声接收电路;提出自相关算法,实现对多通道接收的处理。试验结果表明,该装置可以对钢轨轨底、轨腰、踏面、轨头等多处的缺陷进行检测,对于列车行车安全具有重要意义。

基于磁致伸缩导波的管道缺陷检测系统

为实现在线管道的无损检测与长期监测,文中研制了基于磁致伸缩导波的管道缺陷检测系统。设计大功率正弦脉冲发射电路,发射频率8~500 kHz可调,瞬时功率可达2.5 kW;设计可控增益接收采集电路,采样频率2 MHz,增益范围20~90 dB;设计基于Lab Windows/CVI的上位机软件,实现了参数设置、回波显示、波形保存等功能。实验结果表明,该系统对不小于3%截面损失的缺陷检测和定位效果良好,激励的导波衰减较慢,具备长距离检测的能力,适用于大型工业管线的快速检测和长期监测。