一种用于裂纹检测的新结构反射式涡流探头

论文摘要

对电力机车牵引电机主极等表面有绝缘包裹层的金属部件进行无损裂纹检测时,很容易想到涡流探伤。本文设计制作了一种新型结构的涡流探头,这种探头采用反射式检测原理,激励线圈与检测线圈分开绕制,检测线圈垂直于激励线圈,可大大减小激励线圈磁场对检测线圈输出的影响。通过理论推导和仿真计算,优选了探头的结构参数;构建了实验系统;通过试验,探讨了激励信号频率、提离、裂纹深度、裂纹宽度等对检测线圈输出的影响。针对本文提出的探头结构,仿真计算表明:线圈轴向厚度越厚,灵敏度越低;外半径越大,线性范围越大,但灵敏度会降低;内径对灵敏度及线性度的影响不大。通过试验,得到了如下有参考价值的结论:(1)输出信号峰值和相位差值随激励信号频率提高而增加,与理论分析结果一致;对于本文选定的探头参数和检测对象(紫铜),3KHz的激励频率有较高的检测灵敏度;(2)无论有无裂纹,输出信号的峰值均会随提离的增大而增大,但检测信号与激励信号的相位差与提离大小关系不大;(3)有裂纹时的峰值和相位差均大于无裂纹时的情况,在提离波动不大的情况下可依据峰值和相位差的突然变化判断有无裂纹存在;(4)输出信号峰值和相位差都随着裂纹深度的增大而增大;(5)输出信号峰值和相位差都随着裂纹宽度的增大而增大,但变化的量值都比较小。目前设计制作出的探头所允许的最大提离只能达到3.5mm左右,如何进一步优化探头参数、改进检测线圈形状及布置,以达到提高检测灵敏度和允许最大提离高度等,值得进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 无损检测技术
• 1.3 涡流检测技术国内外发展状况
• 1.3.1 涡流检测技术的研究现状
• 1.3.2 涡流检测的发展方向与未来展望
• 1.4 主要研究内容及文章结构
• 第二章 涡流检测的理论基础
• 2.1 涡流检测原理
• 2.2 涡流阻抗分析法
• 2.2.1 线圈的阻抗
• 2.2.2 耦合线圈的阻抗
• 2.2.3 阻抗平面图
• 2.2.4 阻抗归一化
• 2.3 放置式探头检测频率
• 2.3.1 集肤效应
• 2.3.2 探头工作频率的确定
• 2.3.3 边缘效应
• 2.3.4 提离效应
• 2.4 涡流信号预处理技术
• 2.4.1 信号特征量
• 2.4.2 信号预处理技术
• 第三章 探头设计
• 3.1 涡流检测探头的设计方法
• 3.2 主极裂纹涡流检测探头结构形式的确定
• 3.3 探头参数的确定
• 3.3.1 激励线圈与感应线圈的位置分布
• 3.3.2 磁芯的设计
• 3.3.3 探头参数和性能研究
• 3.3.4 漆包线线径的选择及线圈匝数的确定
• 3.4 涡流探头扫描方式
• 第四章 检测系统设计
• 4.1 虚拟仪器技术简介
• 4.2 总体方案设计
• 4.3 信号的产生
• 4.3.1 NI ELVIS 介绍
• 4.3.2 NI PXI-6251 采集卡
• 4.3.3 信号产生程序
• 4.4 去直流功率放大电路
• 4.5 微弱信号隔离放大滤波
• 4.5.1 信号调理
• 4.5.2 NI SCXI-1121 调理模块
• 4.6 涡流检测信号的采集
• 4.6.1 数据采集概述
• 4.6.2 数据连续采集的实现
• 4.7 相关函数的实现
• 4.7.1 相关原理
• 4.7.2 相关分析在LabVIEW 中的实现
• 4.7.3 相位差程序的实现
• 4.8 涡流检测软件界面
• 第五章 试验研究
• 5.1 裂纹的制作
• 5.2 激励频率对检测结果的影响
• 5.3 提离值对检测结果的影响
• 5.4 裂纹对检测结果的影响
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 需要进一步研究的地方
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢