高壓功率放大器在鋁板內(nèi)部缺陷脈沖渦流檢測(cè)中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：脈沖渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種，脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上，用來(lái)檢測(cè)導(dǎo)電材料中的缺陷。脈沖渦流檢測(cè)的原理與傳統(tǒng)渦流檢測(cè)基本相同，區(qū)別在于激勵(lì)方式和信號(hào)分析方法的不同。在金屬舊結(jié)構(gòu)件再制造檢測(cè)中，脈沖渦流起著十分重要的作用。作為金屬材料的缺陷，無(wú)論是存在于表面還是隱藏于內(nèi)部都有可能造成難以估量的損失。金屬表面的缺陷相對(duì)而言比較容易發(fā)現(xiàn)，而隱藏在金屬內(nèi)部的缺陷卻難以發(fā)覺(jué)。

　　我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)對(duì)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，廣泛地將脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于金屬表面和亞表面缺陷尺寸的評(píng)估中，并且能夠準(zhǔn)確識(shí)別出同時(shí)存在的不同類型的缺陷。脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)還被用于時(shí)域信號(hào)分析中，利用脈沖渦流檢測(cè)輸出信號(hào)來(lái)判斷裂紋寬度。國(guó)防科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究的“頻譜分離點(diǎn)"分類方法，能夠通過(guò)頻譜信息檢測(cè)出裂紋的種類，增強(qiáng)脈沖渦流檢測(cè)的準(zhǔn)確度。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)分析脈沖渦流檢測(cè)方法所涉及的基本原理。利用仿真模型對(duì)比有缺陷和無(wú)缺陷鋁板樣件對(duì)周?chē)艌?chǎng)的影響。分析鋁板內(nèi)部缺陷尺寸和位置的變化對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生的影響，研究信號(hào)的提取辦法和處理機(jī)制。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)現(xiàn)缺陷位置與深度和檢測(cè)信號(hào)特征量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做論證和鋪墊。

　　測(cè)試設(shè)備：功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、霍爾傳感器、計(jì)算機(jī)、激勵(lì)線圈、被測(cè)樣品

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：脈沖渦流檢測(cè)系統(tǒng)的組成包含：硬件檢測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析軟件平臺(tái)。硬件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)生、放大與采集，采集到的信號(hào)可以反映出金屬缺陷的情況；軟件平臺(tái)主要完成數(shù)據(jù)采集程序、檢測(cè)系統(tǒng)界面、數(shù)據(jù)分析與處理過(guò)程。通過(guò)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)特征量提取、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)硬件由探頭及檢測(cè)裝置組成，如圖1-1所示，該系統(tǒng)包含：信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)等。

　　在脈沖渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，波形發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率、幅值和占空比均可調(diào)的方波信號(hào)，功率放大器可以對(duì)波形發(fā)生器輸出的信號(hào)放大，放大倍數(shù)為10，經(jīng)由放大器后的信號(hào)作為激勵(lì)線圈的激勵(lì)源。交變的電流會(huì)激發(fā)出一個(gè)變化的磁場(chǎng)，當(dāng)檢測(cè)線圈靠近被測(cè)鋁板時(shí)，由于交變磁場(chǎng)的作用，被測(cè)鋁板試件中將會(huì)形成渦流，而交變磁場(chǎng)所生成的渦流場(chǎng)也是交變的，所以被測(cè)鋁板上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由交變渦流感生出的第二個(gè)磁場(chǎng)，激勵(lì)線圈所激發(fā)的第一個(gè)磁場(chǎng)會(huì)和渦流感生的第二個(gè)磁場(chǎng)形成合磁場(chǎng)，探頭底面中心的霍爾傳感器可以檢測(cè)到疊加磁場(chǎng)的變化。在信號(hào)調(diào)理模塊，霍爾傳感器的輸出信號(hào)會(huì)和2.5V電壓差分，然后使用放大芯片對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大，如此操作以后，信號(hào)就能夠被數(shù)據(jù)采集卡所識(shí)別，滿足動(dòng)態(tài)輸入量程范圍。數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)集成有A/D轉(zhuǎn)換器，可以將探頭輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件調(diào)控?cái)?shù)據(jù)采集卡和對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析。脈沖渦流檢測(cè)裝置配備了基于LabVIEW的上位機(jī)軟件平臺(tái)，通過(guò)軟件界面可以直觀的顯示多種信號(hào)，并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。利用Matlab程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析，得出信號(hào)特征量和樣件缺陷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1-1脈沖渦流硬件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)框圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：為了找到缺陷位置與深度和信號(hào)特征量之間的關(guān)系，需要建立一種可以使缺陷位置和深度靈活變化的樣件模型?？梢允褂霉?jié)介紹的鋁板樣件，四塊鋁板可以提供2mm、4mm、6mm8mm四種缺陷位置，即內(nèi)部缺陷距離鋁板上表面的距離，還可以提供2mm、4mm、6mm、8mm四種缺陷深度。通過(guò)脈沖渦流檢測(cè)平臺(tái)對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，可以得到圖1-2所示的缺陷信號(hào)波形。對(duì)兩個(gè)不同的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，可以得到兩個(gè)不同的缺陷信號(hào)波形，圖1-3為波形正峰值部分的對(duì)比圖。由此可知，對(duì)于不同的缺陷位置和深度，通過(guò)檢測(cè)平臺(tái)所檢測(cè)到的信號(hào)是不同的，其中正峰值的不同是明顯可見(jiàn)的。

圖1-2缺陷信號(hào)檢測(cè)波形

圖1-3不同缺陷信號(hào)的峰值對(duì)比

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