【摘 要】
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钢板是工业生产和生活中的重要构件,母材缺陷和服役过程中形成的腐蚀、疲劳裂纹等缺陷,严重影响钢板的使用寿命及所在结构的运行安全。低频磁致伸缩SH_0模态导波可以实现缺陷的长距离检测,但对缺陷形状信息检测能力有限;漏磁扫查技术可以有效检测缺陷轮廓,但检测范围非常有限。本文主要研究具有低频磁致伸缩SH_0模态导波和漏磁扫查双功能的传感器技术,以实现两种技术的优势互补,利用导波对大范围内的钢板缺陷进行快速
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钢板是工业生产和生活中的重要构件,母材缺陷和服役过程中形成的腐蚀、疲劳裂纹等缺陷,严重影响钢板的使用寿命及所在结构的运行安全。低频磁致伸缩SH0模态导波可以实现缺陷的长距离检测,但对缺陷形状信息检测能力有限;漏磁扫查技术可以有效检测缺陷轮廓,但检测范围非常有限。本文主要研究具有低频磁致伸缩SH0模态导波和漏磁扫查双功能的传感器技术,以实现两种技术的优势互补,利用导波对大范围内的钢板缺陷进行快速定位,在疑似缺陷位置附近进行漏磁扫查成像,对缺陷进行确认并给出其轮廓信息。研究工作内容如下:(1)高性能磁致伸缩SH0模态导波扫查器研制。提出了结合U型永磁磁路和矩形截面检测线圈的磁致伸缩SH0模态导波扫查器设计方案,重点通过实验优化了检测线圈参数,包括截面线圈高度与提离、内置屏蔽层材质与厚度,提升了传感器激发导波幅值。相比传统基于剩磁磁化的传感器,采用永磁磁路和具有优化参数的检测线圈的传感器激发幅值大幅提升。利用研制的高性能磁致伸缩导波扫查器,实现了钢板中缺陷的检测和幅值成像。(2)两种阵列式漏磁扫查器研制。基于COMSOL软件,有限元仿真优化设计了U型电磁铁高度和磁极跨距,获得了大范围均匀分布的励磁场。研究利用多排错位布局提高霍尔元件阵列扫查过程中的空间横向分辨率,制备了测量水平和法向漏磁分量的霍尔元件阵列,与U型电磁铁组合形成两种阵列式漏磁扫查器。实验测试了霍尔元件阵列中阵元的一致性,对比了两种漏磁扫查器对缺陷的检测能力。利用所研制的漏磁扫查器实现了钢板的槽型和圆孔缺陷的扫查成像。(3)导波和漏磁双功能扫查器设计及其功能实验验证。综合前述磁致伸缩SH0模态导波和阵列式漏磁扫查器,设计了双功能扫查器。对扫查器的双功能进行了分步骤实验验证,首先利用导波线扫描获得测试钢板的B扫图像,清晰检测出钢板的圆孔和八字型缺陷,但无法提供缺陷的轮廓信息;在判定的缺陷位置处进行漏磁扫查,获得了缺陷漏磁场水平分量检测幅值成像结果,基于阈值分割法重构了圆孔和八字型缺陷轮廓。在论证双功能扫查器可行基础上,对研究方法的钢板缺陷定位与形状重构误差进行了分析。
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