[發(fā)明專利]金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭及可視化定量評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711415123.1
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108195931B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇;任淑廷;陳振茂;閆貝;王翼
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

1.金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭，其特征在于：所述放置式探頭包括一個聚磁磁芯組(1)、固定于聚磁磁芯組(1)上的盤式激勵線圈(4)、一個垂直磁場梯度傳感器(5)和一組環(huán)形分布磁場梯度傳感器陣列(6)；所述聚磁磁芯組(1)由軸截面底部中心非閉合“口”形圓柱磁芯(2)和軸截面為“⊥”形的圓柱磁芯(3)組成，兩個圓柱磁芯同軸；所述盤式激勵線圈(4)與聚磁磁芯組(1)同軸；所述垂直磁場梯度傳感器(5)位于“⊥”形的圓柱磁芯(3)頂部；所述環(huán)形分布磁場梯度傳感器陣列(6)均勻排布在軸截面底部中心非閉合“口”形圓柱磁芯(2)和“⊥”形的圓柱磁芯(3)之間的缺口底部，且與聚磁磁芯組(1)中心軸距離均為R。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭，其特征在于：所述盤式激勵線圈(4)在加電驅(qū)動情況下，所激發(fā)磁場在所述“⊥”形的圓柱磁芯(3)頂部形成垂直磁場，在軸截面底部中心非閉合“口”形圓柱磁芯(2)和“⊥”形的圓柱磁芯(3)之間缺口區(qū)域形成平行于被測金屬構(gòu)件表面的徑向輻射形勻強磁場；所述垂直磁場梯度傳感器(5)拾取垂直方向磁場梯度信號，檢測損傷局部深度；所述環(huán)形分布磁場梯度傳感器陣列(6)由n個參數(shù)相同且等間距圓周排列的磁場梯度傳感器構(gòu)成，拾取徑向多角度方向的磁場梯度信號，檢測復(fù)雜損傷邊界。

3.權(quán)利要求1或2所述金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭的可視化定量評估方法，其特征在于：包括檢測信號特征量-金屬構(gòu)件損傷深度標定曲線的建立，以及金屬構(gòu)件掃查特征曲線的建立和金屬構(gòu)件損傷的可視化定量評估；

(1)檢測信號特征量-金屬構(gòu)件損傷深度標定曲線的建立，具體方法如下：

1)預(yù)制無缺陷金屬構(gòu)件標準件和已知不同損傷深度的n個金屬構(gòu)件損傷標準件；

2)依次連接信號發(fā)生器、功率放大器、所述金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭、多通道濾波放大器、多通道數(shù)據(jù)采集卡和計算機，形成檢測系統(tǒng)，將所述金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭放置于無缺陷金屬構(gòu)件標準件表面，信號發(fā)生器和功率放大器驅(qū)動盤式激勵線圈(4)激發(fā)暫態(tài)磁場，與此同時，由計算機通過多通道數(shù)據(jù)采集卡采集垂直磁場梯度傳感器(5)的輸出信號V₀(t)，將此信號作為無缺陷信號；

3)利用2)中方法，分別將探頭放置于n個金屬損傷標準件的損傷中心(0,0)，拾取垂直磁場梯度傳感器(5)的輸出信號V₁(t)，V₂(t)，...，V_n(t)，將此信號作為缺陷信號；

4)將所得到的缺陷信號V₁(t)，V₂(t)，...，V_n(t)與無缺陷信號V₀(t)做差，得到差分信號ΔV₁(t)，ΔV₂(t)，...，ΔV_n(t)，將此信號作為檢測信號；

5)利用LabVIEW程序提取檢測信號ΔV₁(t)，ΔV₂(t)，...，ΔV_n(t)的包絡(luò)面積即S＝∫_tΔV(t)dt作為信號特征量S₁，S₂，...，S_n，建立檢測信號特征量-金屬構(gòu)件損傷深度標定曲線，通過曲線擬合，獲取上述標定曲線的擬合函數(shù)H＝f(S),式中H指金屬構(gòu)件損傷深度；

(2)金屬構(gòu)件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立，具體方法如下：

采用所述檢測系統(tǒng)，將金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭放置于金屬構(gòu)件表面，金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭中心軸的初始位置(x₀,y₀)為其在金屬構(gòu)件上的水平掃查坐標原點，金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭水平掃查方向為X軸，X軸與Y軸在掃查平面內(nèi)且相互垂直，金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭在金屬構(gòu)件上進行水平掃查時不發(fā)生轉(zhuǎn)動；金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭位于任意位置(x,y)時，信號發(fā)生器和功率放大器產(chǎn)生方波信號，激勵盤式激勵線圈(4)中的線圈工作，與此同時，由計算機通過多通道數(shù)據(jù)采集卡采集環(huán)向分布磁場梯度傳感器陣列(6)的輸出信號V_1xy(t)，V_2xy(t)，...，V_nxy(t)；計算輸出信號偏度即得到KV_1xy，KV_2xy，...，KV_nxy，其中V(t)是環(huán)向分布磁場梯度傳感器陣列(6)的輸出信號，μ、σ和E分別是V(t)的均值、標準偏差和期望值；將輸出信號偏度KV_1xy，KV_2xy，...，KV_nxy進行累加得到KV_xy，將其作為位置(x,y)處的特征量；由此得到金屬構(gòu)件損傷檢測的放置式探頭位置(x,y)與特征量KV_xy的掃查特征圖像(x,y)-KV_xy；

(3)金屬構(gòu)件損傷的可視化定量評估，具體方法如下：

采用步驟(1)中步驟2)、3)、4)、5)所述方法獲取水平掃查時放置式探頭任意位置(x,y)處的金屬構(gòu)件損傷深度特征量S_xy；采用步驟(2)中所述方法獲取水平掃查時放置式探頭任意位置(x,y)處的特征量KV_xy；對兩個特征量進行加權(quán)疊加得到A_xy，即A_xy＝S_xy+aKV_xy，其中，a為特征量S_xy與KV_xy最大值的比值；

提取水平掃查平面內(nèi)任一直線上的特征量A_xy，其兩側(cè)極值出現(xiàn)的位置為金屬構(gòu)件損傷的邊界位置；提取兩側(cè)極值之間數(shù)值A(chǔ)_xy，通過步驟(1)中步驟5)中擬合函數(shù)H＝f(S),計算金屬構(gòu)件損傷在該局部位置的深度H。