激光-仅线圈式EMAT的金属检测系统优化设计

在铝合金铸造和高温轧制过程中,采用非接触式无损检测技术实现在线监测与检测,对减小生产成本、保证生产线连续、提高产品成品率具有重要意义。首先,建立了以脉冲激光束激励和仅线圈式电磁超声换能器(EMAT)接收的铝合金Laser-EMAT检测过程有限元模型,分析了水膜表面约束机制以及硅钢聚磁结构对所激励的多模式超声波幅值的影响规律,研究了仅线圈式EMAT的励磁线圈和接收线圈的外径、内径、线径、层数等对超声波接收效率的影响;其次,开展了铝合金Laser-EMAT检测实验,验证了水膜表面约束机制、仅线圈式EMAT设计参数和硅钢聚磁结构对检测回波幅值的影响规律。研究结果表明,水膜表面约束下,采用硅钢材料作为励磁线圈的聚磁背板后,超声回波信号幅值增强了37.76%,信噪比增加了17.3 dB。在激光能量一定、光斑大小不变、励磁线圈外径为12.3 mm、内径为1.6 mm、线径为0.4 mm、层数为2层时,线圈阻抗与电路内阻一致,线圈获得的能量最多,其提供的径向偏置磁场最强。当接收线圈外径为14.1 mm、内径为1.7 mm、线径为0.26 mm时,超声波接收效率最佳。

激光-EMAT法非接触式无损检测金属内部缺陷研究

为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测,采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究,取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据,检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明,激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。

应用于激光-EMAT高温探伤的换能器

激光-EMAT混合激光超声检测系统中,由于EMAT换能效率低,随着到试样表面的距离增大信号成指数衰减,妨碍了激光超声技术的实际应用。前置放大器在保证信号不失真的情况下,通过增大前置放大器的倍数,寻求合理带宽,可以提高EMAT的信号输出质量。在EMAT内部线圈提离试样表面8 mm的情况下,利用所设计的前置放大器,依旧能够接收到100 m V左右的缺陷信号。该信号的质量已经能够用于后期的信号处理与伤型的判断识别。

基于激光超声方法的钢轨缺陷检测(英文)

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求,建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上,重点研究了激励线圈阻抗匹配方法,介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统,实现钢轨表面深度不少于0.5mm缺陷的定位,并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。

钢轨轨腰缺陷激光-电磁超声检测及信号处理

钢轨是列车运行的承载结构,钢轨的轨腰缺陷是影响行车安全的缺陷之一。为了提高对钢轨轨腰缺陷的检测能力,针对钢轨轨腰缺陷的特点,设计了钢轨轨腰缺陷激光-电磁超声检测系统及信号处理方法。通过使用该系统对钢轨试样进行试验,可以有效的检测出钢轨轨腰处Φ6mm和Φ8mm的通孔缺陷;通过采用小波阈值去噪技术对实际检测信号进行处理,可以极大的提高信号的信噪比,从而得到满意的去噪效果,经去噪处理后的信号更有利于缺陷的识别。通过试验和信号处理表明,钢轨轨腰缺陷激光-电磁超声检测系统能有效的实现钢轨轨腰缺陷的非接触检测,通过该系统的研究可以为钢轨缺陷超声检测技术的改进提供一定的参考。

激光电磁超声检测钢轨踏面剥离掉块缺陷

为了满足铁路检测技术发展需要,针对严重影响着铁路运行安全的钢轨踏面剥离掉块缺陷,设计了一种全新的采用激光激发超声波和电磁超声接收超声波的钢轨踏面剥离掉块缺陷检测系统。通过该系统对钢轨试样进行扫查检测,可以精确的检测出钢轨踏面不同尺寸的模拟剥离掉块缺陷。通过小波阈值去噪获得了高信噪比的检测信号,通过频谱分析得到了剥离掉块缺陷对超声频谱特性的影响,为缺陷进一步识别提供了参考。通过实验和信号分析表明,设计的系统可以实现对钢轨踏面不同尺寸剥离掉块缺陷的完全非接触、高精度检测。

基于激光电磁超声的裂纹检测研究

为检测内裂纹,建立了一套基于脉冲激光激发、电磁超声探头接收的非接触型超声检测系统。为避免在试件表面产生烧蚀损伤,采用热弹性模式激发超声,采用EMAT探头接收信号。利用出平面EMAT探头和内平面EMAT探头,分别研究了横波与纵波在半圆铝制试块的传播情况。最后,结合阴影法,使用该试验系统测量了试件背面的裂纹,检测得到的裂纹深度与实际深度非常接近。证明在热弹性模式下,激光激发、EMAT探头接收信号的方法对于内裂纹的检测是可行的。

基于自适应滤波技术的激光-电磁超声检测噪声抑制方法

介绍了一种基于LMS(Least mean square)算法的自适应滤波技术,该技术适用于激光-电磁超声检测(EMAT)过程中的噪声抑制。选择6016铝板表面裂纹的超声检测信号作为信号处理对象,采用Matlab设计的LMS自适应数字滤波器并对信号进行处理,结果表明该技术能够有效提高检测信号的可识别性,在激光-电磁超声工程应用领域中具有良好的应用前景。

激光超声横波声场指向性的研究

为研究烧蚀机制下横波声场的指向性,搭建了激光超声激励系统,使用不同倍数的缩束镜激励超声波,并利用中心频率不同的电磁超声传感器测得横波信号。分析了横波信号的中心频率,提取了信号的峰-峰值并绘制指向性图形,根据结果可知,指向性图形由主瓣与副瓣两部分组成,横波幅值均在35°与-35°位置处达到最大。讨论了光斑大小和传感器中心频率对横波声场指向性测量数据的影响,得到以下结论:同种接收频率下使用较大光斑能够获得主瓣较细窄的指向性图形;而对于同样大小的激光光斑,利用中心频率较大的传感器获得的指向性图形副瓣上的幅值较大。

基于有限元法的激光声磁检测系统优化研究

针对激光超声和电磁超声两种非接触式检测方式在实验中操作复杂和灵敏度低,以及难以观察不同参数对相关物理场造成的影响等问题,文中将有限元法应用到激光声磁混合式检测当中,采用数值分析方法分析了脉冲激光与电磁超声换能器之间的匹配关系对检测灵敏度的影响,研究了激光声磁检测系统的优化设计依据。利用有限元软件建立了激光声磁检测系统的仿真模型,通过正交数值仿真分析了高斯激光脉冲激励超声的温度场和位移场特性,进而观测了电磁超声换能器参数变化对检测灵敏度的影响。结果表明:螺旋型线圈接收的电压信号能正确反应由入射激光在固体中发生热膨胀效应产生的超声位移场,当磁体的高宽比为1.5倍时,驱肤层处磁场强度分布最优,提离距离对换能效率的影响呈现负指数变化规律,评价了不同接收间距处电磁超声换能器的接收性能。

激光-环型电磁超声方法检测表面裂纹

传统激光-电磁超声对表面裂纹检测的灵敏度受表面裂纹方向的影响,为解决这一问题,提出了一种基于环形电磁超声探头的激光-电磁超声无损检测方法。相比于传统的激光-电磁超声表面裂纹检测方法,该方法不但具有更高的灵敏度,而且不受裂纹方向的影响。为了验证该方法的有效性,设计了一种环形电磁超声探头,并对其线圈参数进行了优化,提高了检出信号的信噪比;进而利用该环形探头有效检出了试件中的不同方向表面裂纹。

激光-电磁超声一体式系统电磁超声结构优化

为了研制激光-电磁超声一体式探伤装置,利用该装置通过一次扫描同时获得金属板宽度和深度方向信息实现板内部和表面的同时探伤,文中主要针对激光-电磁超声一体式装置中电磁超声部分进行了结构优化。首先,利用有限元仿真软件,建立了激光-电磁超声一体式探伤装置的有限元仿真模型,验证了激光-电磁超声一体式探伤系统的可行性;然后,针对该一体式装置的电磁超声传感器部分结构参数进行了研究,提出在铜箔与永磁体之间粘贴一层泡沫缓冲层用于抑制永磁体内的感应电流、阻断超声波的传播,并分析了永磁体与线圈之间的提离距离对换能效率的影响。结果表明:当永磁体与线圈提离距离保持在0.8~1.2 mm之间时,信号强度和可识别性均增强。最后,利用实验验证理论分析及仿真模型的正确性。

不锈钢车体激光叠焊电磁超声检测技术应用研究

结合不锈钢车体激光叠焊的结构特点,开发了激光叠焊电磁超声自动在线检测技术,采用该技术对不锈钢车体激光叠焊质量进行在线检测。研究表明,电磁超声检测技术适用于不锈钢薄板激光叠焊质量检测,对不锈钢激光叠焊焊缝检测有较高的灵敏度,反射波的高低与不锈钢激光叠焊熔深有良好的对应关系,可根据焊缝的回波能力检测不锈钢薄板激光叠焊熔深。应用研究中,比较了熔深与熔宽的关系,并采用机器人进行全自动检测判断激光叠焊焊缝质量,机器人的扫查速度快,提高了检测效率,对不锈钢激光叠焊质量检测优势明显。

电磁超声检测技术在不锈钢车体激光叠焊中的应用

美国波士顿地铁是中国轨道装备首次登陆美国,更是我国装备行业首次对世界高端市场实现的技术输出。该项目是我国轨道客车首次正式运用激光叠焊技术,并结合不锈钢车体激光叠焊的结构特点,开发了电磁超声自动在线检测技术对激光叠焊质量进行在线检测,用于不锈钢激光叠焊焊接熔合深度的检测与评估。研究了电磁超声技术(EMAT)在不锈钢车体激光叠焊检测方面的应用,EMAT具备无需耦合剂、检测精度高、探头不易磨损等优点,能够实现对不锈钢激光叠焊质量的自动化检测和评判,避免焊接不良等问题,对保证不锈钢车体激光叠焊质量具有重要意义。

铝合金激光超声表面检测中EMAT接收性能对比

在铝合金板材激光电磁超声换能器(Laser-EMAT)瑞利波(RW)检测中,曲折线圈EMAT、线性线圈面内EMAT和线性线圈面外EMAT常被应用于接收超声波,但是这3类EMAT的接收性能和应用场合尚不明确。为此首先建立铝合金Laser-EMAT RW检测过程的有限元模型,分析了3类EMAT配置形式对接收RW、横波和纵波等模式超声波能量的影响;其次研究了表面约束机制对RW幅值及其纯度的影响,探讨了3类EMAT的表面缺陷检测能力;最后制作了3类EMAT探头进行铝合金板材Laser-EMAT的RW检测实验,分析了表面约束机制对3类EMAT接收的各模式超声波幅值和表面缺陷检测能力的影响。结果表明:与线性线圈面内EMAT相比,曲折线圈EMAT和线性线圈面外EMAT接收的RW纯度更高,更适合表面缺陷检测;线性线圈面内EMAT接收到的多模式超声波明显,更适合同时检测表面/内部缺陷;与无表面约束机制相比,采用表面约束机制可将3类EMAT接收到的RW幅值增强2倍以上,其中对曲折线圈EMAT的RW幅值的增强作用最明显,且与无表面约束机制的激光-线性线圈面内EMAT相比,含表面约束机制的激光-线性线圈面外EMAT可将接收的DW幅值提高6倍以上。

基于空间-频率-波数法的梁中分层缺陷定量检测

为了描述梁中Lamb波的传播特性并对梁中的分层缺陷进行定量检测,以铝梁为研究对象,分别从有限元仿真和试验两方面进行研究。采用基于Matlab和ABAQUS相结合的方法,构建含分层缺陷的铝梁三维有限元仿真模型。通过提取覆盖缺陷的矩形区域接收点的时域信号,对铝梁中Lamb波与分层缺陷的作用规律进行分析。讨论对称边界和自由边界两种条件下,波场幅值分布的一致性与差异性,并得到了入射波幅值在梁宽度方向上的变化规律。同时,搭建EMAT/激光检测系统对有限元仿真结果进行验证,发现二者具有良好的一致性。针对接收波形中复杂的时域信息,采用空间-频率-波数法对铝梁中的分层缺陷进行定位和定量评估。研究结果表明,从仿真和试验分析,采用空间-频率-波数法对铝梁中分层缺陷的测量误差均在6%左右。