Research on the Crack Detection of Conductive Components Using Pulsed Eddy Current Thermography

Crack of conductive component is one of the biggest threats to daily production. In order to detect the crack on conductive component,the pulsed eddy current thermography models were built according to different materials with the cracks based on finite element method(FEM) simulation. The influence of the induction heating temperature distribution with the different defect depths were simulated for the carbon fiber reinforced plastic(CFRP) materials and general metal materials. The grey value of image sequence was extracted to analyze its relationship with the depth of crack. Simulative and experimental results show that in the carbon fiber reinforced composite materials,the bigger depth of the crack is,the larger temperature rise of the crack during the heating phase is; and the bigger depth of the crack is,the faster the cooling rate of the crack during the cooling phase is. In general metal materials,the smaller depth of the crack is,the lager temperature rise of the crack during the heating phase is; and the smaller depth of the crack is,the faster the cooling rate of crack during the cooling phase is.

基于ECPT的拉应力对铁磁材料缺陷量化影响的仿真分析

针对铁磁性承压设备脉冲涡流热成像(ECPT)缺陷检测过程中,拉应力对铁磁材料磁导率的影响被忽略而引起的缺陷量化精度不高的问题,结合力磁耦合关系、电磁感应定律、焦耳定律仿真探究弹性拉应力对ECPT量化不同方向、不同深度缺陷的影响。结果表明,不同方向缺陷的最大磁导率随着弹性拉应力的增加而增加,同一应力作用下,缺陷处的最大磁导率随着横向缺陷深度的增加而增加,但最大磁导率对竖直缺陷深度的变化不敏感;在ECPT缺陷量化过程中,基于温差特征的横向缺陷的深度量化曲线的斜率随应力的增加而增加,且横向缺陷深度量化拟合曲线的标准差低于0.3℃,可决系数达95%,拟合效果好;基于温差特征的竖直缺陷深度量化曲线受应力的影响较小。

Pulsed electromagnetic non-destructive evaluation and applications

This paper introduces recent research work in the field of pulsed electromagnetic non-destructive testing/evaluation.These are pulsed eddy current,pulsed magnetic flux leakage and eddy current pulsed thermography.This paper introduces pulsed electromagnetic techniques and their different case studies on defect detection as well as stress characterisation.Experimental tests have been validated and future research plans are discussed.This paper demonstrates pulsed electromagnetic non-destructive testing and evaluation for not only depth information,but also for multiple parameter measurement and multiple integration,which are important for future development.

基于Bi-LSTM的金属疲劳裂纹涡流脉冲热像技术检测与识别

涡流脉冲热像(Eddy current pulsed thermography,ECPT)技术是一种新型的无损检测方法,广泛应用于金属材料结构的检测,但该技术常依赖人工经验提取特征进行裂纹检测与识别,自动化和智能性化程度不足。结合涡流脉冲热像技术以及循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)的特性,提出一种基于双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory Network,Bi-LSTM)金属疲劳裂纹涡流脉冲热像分类识别方法。实验通过涡流加热装置对被测金属试件进行感应加热,使用红外热像采集装置对金属平板试件进行实时的数据采集,获得图像序列并制作数据集。运用设计的Bi-LSTM模型增强特征向量中的时序信息,对不同尺寸裂纹的热图像进行训练并测试。实验分析表明,Bi-LSTM网络可有效应用于金属疲劳裂纹检测与识别,针对现有裂纹检测准确率可达到100%,优于传统神经网络和其他深度学习的模型,具有更高的识别精度。

基于YOLO v5的带涂层钢结构亚表面缺陷脉冲涡流热成像智能检测

带涂层钢结构亚表面缺陷的存在例如腐蚀、钢基体裂纹及涂层脱粘等,会对整体结构的性能产生影响,并加速涂层系统退化过程。因此,提出一种基于YOLO v5的带涂层钢结构亚表面缺陷脉冲涡流热成像智能检测方法。这一方法可以在不移除涂层的情况下自动检测带涂层钢结构亚表面缺陷,具有重要的工程应用价值。通过所提方法,在保留涂层的情况下,对带涂层钢结构中的腐蚀、裂纹、脱粘等亚表面缺陷进行智能检测。检测结果表明,本文所提方法能够精确地识别和分类带涂层钢结构的4种亚表面缺陷类型:钢基体裂纹、脱粘、严重质量损失(如腐蚀凹坑、腐蚀磨损)以及轻微质量损失(如腐蚀薄层)。4种缺陷类型的检测精度分别高达96%、97%、95%和93%,同时满足实时性检测需求。

脉冲涡流热成像裂纹检测机理仿真分析

脉冲涡流热成像技术由于在导电材料缺陷检测中的优势而成为无损检测的热点。本文运用电磁感应原理及热传导理论,建立感应加热数学模型,利用有限元法分析电磁激励热成像检测缺陷的机理。利用COMSOL有限元软件建模分析了导磁材料和非导磁材料中两种基本裂纹slot和notch附近涡流场和温度场的分布情况,通过分析裂纹附近涡流密度大小和温度场的变化曲线,指出检测导磁和非导磁材料裂纹的最佳观测时间以及温度响应,为下一步的裂纹定量检测提供理论指导。

基于脉冲涡流热成像的金属结构焊缝表面裂纹识别方法

针对利用脉冲涡流热成像技术检测金属结构焊缝表面裂纹时,受焊缝区域物理属性以及焊缝表面状态等因素的影响,红外图像中裂纹区域特征信号复杂,缺乏有效的焊缝裂纹识别方法的问题,研究了基于三维温度曲面相似性的裂纹识别方法,提出了裂纹评价指标,并进行了验证。结果表明该方法不仅能有效识别焊缝表面裂纹并对其进行定量分析,而且摆脱了对先验信息的需求,降低了检测成本和复杂度,具有较高的工程应用价值。

面向脉冲涡流热成像的激励电源特性研究

激励电源性能直接影响脉冲涡流热成像的信号特性提取、检测灵敏度和缺陷检出率,针对常规水冷铜管式感应加热电源存在电磁耦合效率低、加热均匀性差等问题,提出了一种含U型磁轭探头的新型脉冲激励电源。基于脉冲涡流热成像检测理论和电磁热耦合方程,提出了一种将激励线圈缠绕在U型磁轭上的探头结构,进一步分析了加热时间对试样裂纹区域温度场的影响;给出了脉冲激励电源整体系统方案,通过对电压源型全桥逆变电路换流过程进行分析,为合理设置IGBT开通、关断控制信号提供参考;为实现快速搜索负载谐振频率并实时跟踪谐振频率,提出了一种改进型全数字定角频率跟踪技术,并详细阐述了该技术的实现过程;对研制的脉冲激励电源性能进行测试以验证理论分析的正确性,并将其应用于脉冲涡流热成像金属表面裂纹的检测。

脉冲式感应加热电源频率跟踪技术的研究与实现

为解决传统感应加热电源中搜索谐振频率慢和频率跟踪实时性差的问题,提出一种改进型全数字定角频率跟踪技术,以满足脉冲涡流热成像对激励电源的特殊要求。首先,介绍脉冲式感应加热电源系统及工作原理,在此基础上对改进型定角频率跟踪技术进行详细的理论分析;然后,建立系统控制参数与系统稳态、动态性能的数学表达式,进一步分析品质因数、起动频率和频率步进值对系统动态响应特性的影响;最后,对基于脉冲式感应加热电源系统进行实验,并对改进型全数字定角频率跟踪技术的性能进行验证。结果表明:该频率控制系统具有搜索谐振频率快、实时跟踪能力强、稳定性好等优点,仿真和实验结果验证了该频率跟踪技术的有效性和可行性。

钢板局部腐蚀的脉冲涡流热成像定量检测

钢铁腐蚀是威胁工业安全生产的重要原因之一,脉冲涡流热成像缺陷检测技术可以对钢板表面腐蚀进行检测和评估。结合数值模拟和实际腐蚀检测试验,对利用脉冲涡流热成像检测腐蚀缺陷的特点进行了分析,并提取了温度上升较大的高温区宽度和温度最大值为特征量描述腐蚀的宽度和深度。将试件表面沿线圈方向的温度轮廓作为LSSVM的输入,腐蚀的二维轮廓作为输出,由试验测量数据和有限元仿真计算得到的仿真数据组建样本库。建立了由缺陷的温度场信号到缺陷轮廓图像的映射关系,实现了腐蚀缺陷的二维轮廓重构。

平行激励下脉冲涡流热成像响应规律的研究

为探索脉冲涡流热成像技术中涡流与裂纹平行时的响应规律并分析致热机理,运用有限元仿真软件分析了具有贯穿裂纹缺陷的铁磁、非铁磁材料平行激励时的温度分布;运用MATLAB软件提取仿真及实验数据定量分析磁通密度、电流密度、温度等参数并探究了导致铁磁、非铁磁材料温度分布差异的原因;提出铁磁材料除尖端效应外,裂纹内表面趋肤效应导致裂纹边缘温度升高,非铁磁材料裂纹内表面趋肤效应和裂纹边缘涡流密度增大共同作用导致裂纹边缘温度升高。运用高周波电感应加热器进行了实验验证。实验结果与仿真分析存在较好的一致性。研究成果揭示了非铁磁材料平行激励下的温度响应规律,为工程应用中可能的各方向裂纹定性分析和定量表征奠定基础。

基于横向热传导的下表面缺陷检测

脉冲涡流热成像缺陷检测技术可以对铁磁性材料试件进行快速准确地检测。针对下表面裂纹检测比较困难的问题,本文利用横向热传导的方法检测缺陷。结果表明,下表面裂纹能阻碍热量的横向传递,深度越大阻碍作用越强。通过对采样温度进行标准化处理,试件内部初始温度不同对检测结果带来的影响得到抑制,提高了缺陷检测效率。横向热传导是检测下表面缺陷的一种有效方法。

脉冲涡流红外热像无损检测实验的设计

结合"安全监测与监控"课程教学改革的需要,针对脉冲涡流红外热像无损检测技术,设计并实现了一套用于结构无损检测的实验系统和相应实验方法。实验方案充分考虑检测对象、缺陷类型、热激励方式等多个因素的影响,并为学生在实验过程中自主培养最优检测参数合理设置能力提供良好的实践条件。教学实践表明,本实验在帮助学生理解结构缺陷的脉冲涡流红外热像检测原理和掌握相关关键检测技术等方面提供良好的实验条件。与此同时,本实验系统的设计与实现过程对于如何在检测类课程教学内容中融合最新研究成果具有良好的参考价值,从而能够为此类课程的实践教学改革提出新的思路。

金属表面缺陷的电涡流脉冲热成像检测

利用搭建的电涡流脉冲热成像检测平台,对常用金属的表面缺陷进行了检测。为了去除热成像图中的噪声,提高金属试件表面缺陷的对比度,采用独立成分分析法分析了表面缺陷的热响应特征。结果表明,独立成分分析法可有效地识别出缺陷、线圈、缺陷及线圈附近、试件边缘等区域的热响应信号特征,缺陷区域成像清晰,实现了金属构件表面线性缺陷和微小开孔的可视化检测。

基于磁轭结构的脉冲涡流热成像激励效果比较

针对目前脉冲涡流感应热成像无损检测中激励线圈加热不均匀、受提离影响大的问题,将导线缠绕在磁轭装置上加载电流,分析其激励效果。为确定线圈缠绕位置对激励效果的影响,比较了不同装置激励时裂纹两端和底部的涡流分布及温度分布。结果表明,引入磁轭装置后系统的能量传递效率得到很大提高,同时激励的不均匀性减弱。激励线圈均匀分布在磁轭装置横梁及两极靴时激励效果最好。利用最优激励模型对不同方向的裂纹进行检测,结果表明,铁磁材料表面各个方向角的裂纹都可以被检测到,非铁磁材料方向角较小的裂纹不能被检测到。根据试件表面最高温度随裂纹方向角增大而线性增加的特点可以识别裂纹的方向角。

涡流热成像隐马尔科夫评估方法及应用

电涡流脉冲热成像(Eddycurrentpulsed thermography,ECPT)技术是一种集成了电、磁、热等多物理效应的新兴无损检测技术,具有单次检测范围大、无交互、检测速度快等特点。传统基于特定时刻的单帧热图像分析,很难直接区分不同区域的热分布,无法建立有效的数学、物理模型,对微小缺陷与早期疲劳损伤难以进行完整、有效的检测与评估。本文利用多帧热图像序列构造出了不同阶段的多维观测矩阵,通过拉普拉斯特征映射(Laplacianeigenmap,LE)方法对高维观测数据集进行降维处理。利用COMSOL仿真分析了隐马尔科夫模型(hidden Markov model,HMM)追踪、评估材料特性的有效性,最后通过HMM对降维后的齿轮疲劳数据进行学习、评估。通过不同阶段的齿轮疲劳实验验证,基于隐马尔科夫模型与电涡流脉冲热成像的技术可以很好地评估齿轮在不同阶段的疲劳损伤状态。

脉冲涡流红外热成像缺陷特征提取方法

基于脉冲涡流红外热成像技术的缺陷特征提取与分析是无损检测领域的研究热点之一。该文提出一种新的脉冲涡流红外热图像特征提取算法并用于强化缺陷信息。该算法主要包括基于熵梯度的显著热图像选择、局部稀疏图像分离以及局部稀疏图像融合3个部分。对比于常用的两种脉冲涡流红外热成像数据特征提取算法——独立成分分析算法和鲁棒主成分分析算法,实验结果表明,该算法可以更好地强化有意义的缺陷信息并抑制包含噪声的背景区域。

基于脉冲涡流热成像的面内方向性热扩散率测量

针对导电材料面内方向性热扩散率的测量,提出脉冲涡流热成像法这一新方法。该方法采用感应式脉冲线激励源,在导电试件表面形成沿一定方向的感应涡流,实现局部热激励,在非稳态条件下实现了材料面内方向热扩散率的测量;简单调节试件与线感应激励线圈的角度,就可以快速无损非接触地测量试件在垂直线圈方向上的热扩散率值。对感应线激励下面内热传导及高斯温度分布进行了分析,分别对AISI304不锈钢、纯铁、纯镍3种材料的热扩散率进行了测量,测量结果与手册值相符,偏差小于9.0%,相对扩展不确定度分别为3.18%,3.72%,3.70%。

基于脉冲涡流热成像钢材表面裂纹检测效果分析

基于脉冲涡流热成像检测技术原理设计开发检测平台,以截面125 mm×125 mm,壁厚5 mm的Q345D方矩管为试验材料,在其表面机加工不同深度和角度的矩形凹槽作为裂纹。裂纹区域和无裂纹区域的温差大小直接决定检测效果的优劣,以被检材料传送速度、感应加热功率和线圈提离为3个因素做正交试验,带有裂纹的方矩管在匀速动态状态下被检测,通过对每组试验不同深度裂纹和无裂纹区域的温差数据分析,得到各因素对检测效果的影响趋势和程度。最后通过试验判定感应加热对不同角度裂纹检测效果的影响。结果表明:加热功率和线圈提离对裂纹检测效果影响显著,传送速度影响较小;裂纹自身深度和角度对检测效果有很大影响,深度越大,越容易检测;裂纹与涡流之间的角度越大,检测效果越好。

便携式脉冲涡流热成像电源系统设计

为实现脉冲涡流热成像技术应用于现场检测,针对锂电池单独供电存在功率低、电压小等问题,设计了一种基于“锂电池+超级电容”复合电源技术的便携式电源系统方案。通过超级电容的充放电实现功率变换,采用DC/DC变换器实现电压转换,实现锂电池的高效利用。首先分析了脉冲涡流热成像电源需求,介绍了电源拓扑结构并搭建了便携式电源系统,之后详细分析了系统开关控制策略,最后对其性能进行测试并通过裂纹检测实验验证了便携式电源的实用性。结果表明:该便携式电源系统额定功率可达1.5 kW,重量在10 kg以内,满足脉冲涡流热成像对便携式电源的初步需求。