[發明專利]基于交流電磁場的水下結構裂紋擴展可視化監測系統

有效

• 申請號: 202110772687.0
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113390954B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 袁新安;李偉;陳國明;殷曉康;趙建明;趙建超;邵鑫宇;王振翔;汪光祖
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N27/85
• 分類號: G01N27/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了基于交流電磁場的水下結構裂紋擴展可視化監測系統，涉及無損檢測缺陷評估技術領域，包括：利用線圈設計制作交流電磁場監測傳感陣列，封裝形成交流電磁場監測傳感模組，設計功率放大電路為交流電磁場監測傳感模組提供激勵信號，設計差分放大電路對微弱傳感信號進行放大，設計多路復用電路實現多路傳感信號的分時復用，設計信號濾波放大電路對信號進一步濾波放大，設計檢波電路將交流信號轉化為直流信號，采用NI采集卡實現激勵信號發生、多路復用控制信號輸出和信號采集，最終實現結構裂紋擴展可視化監測信號的處理和采集。

技術領域

本發明涉及結構健康監測技術領域，尤其涉及一種基于交流電磁場的結構裂紋擴展可視化監測系統。

背景技術

海洋結構物長期在海水環境中服役，由于海水腐蝕作用，結構表面很容易產生各類腐蝕缺陷。由于涂層覆蓋、附著物堆積等因素，傳統無損檢測技術在水下結構物檢測過程中需要在大面積清理附著物、徹底破壞涂層情況下對缺陷進行檢測和評估，作業工序復雜，效率低下，結構表面清理和涂層修復成本高昂。尤其在深水區域，例行檢測作業間隔周期長，造成初級萌生裂紋漏檢。

交流電磁場檢測(Alternating?Current?Field?Measurement-ACFM)技術是一種新興電磁無損檢測技術，主要用于導電材料表面裂紋檢測，其利用檢測探頭在導電試件表面感應出的均勻電流，電流在缺陷周圍產生擾動引起空間磁場畸變，通過測量畸變磁場進行缺陷的檢測和評估。當無缺陷存在時，導電試件表面電流呈均勻狀態，空間磁場無擾動。由于具有非接觸測量、定量評估等優勢，廣泛應用于各類海洋結構物缺陷檢測?，F有ACFM技術依據特征信號Bx、Bz及蝶形圖進行缺陷判定，其中Bx和Bz信號分別為平行于試件表面(與探頭掃查方向平行)和垂直于試件表面的磁場信號，特征信號Bx可對裂紋深度評估，特征信號Bz對裂紋長度評估。

傳統ACFM檢測系統探頭為立體殼狀結構，無法適應結構關鍵節點貼合；同時傳感器排布也為單點或線陣，不能夠實現面積區域裂紋監測；ACFM硬件系統適用于單陣列或少數陣列傳感器信號處理，不能滿足大規模監測傳感器信號采集與處理，此外采用常規Bx和Bz幅值特征信號不能顯示裂紋擴展端點和邊緣圖像，無法滿足實時可視化監測需求。

因此，有必要提出一種準確性高、實時性好、能夠實現海洋結構物附著物及涂層下裂紋擴展可視化監測硬件系統，通過交流電磁場監測可在不祛除附著物和涂層情況下對裂紋擴展實現長期、實時、定點的可視化監測，為海洋結構物腐蝕裂紋的監測、評估及壽命預測提供精準數據支撐。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種基于交流電磁場的水下結構裂紋擴展可視化監測系統，柔性監測傳感陣列實時獲取結構表面畸變磁場信號，同時對該信號進行處理和采集，為海洋結構物缺陷檢測評估、壽命預測提供精準、實時數據來源支撐。

一種基于交流電磁場的水下結構裂紋擴展可視化監測系統，主要包括，緊密貼附于被測表面的柔性交流電磁場監測傳感模組，交流電磁場監測儀、USB數據線和計算機，所述柔性交流電磁場監測傳感模組包括柔性PCB激勵模塊和柔性監測傳感陣列模塊，所述交流電磁場監測儀包括信號調理模塊、信號采集模塊、功率放大模塊和穩壓電源模塊，所述計算機通過USB數據線與交流電磁場監測儀中的信號采集模塊連接；

所述柔性PCB激勵模塊采用M(M≥1)層雙矩形傳感線圈印制在柔性基底上，雙矩形線圈內分別加載方向不同方向的激勵信號，所述柔性監測傳感陣列包括柔性平面PCB模塊和固定在其上的m行n列的傳感線圈，傳感線圈外徑為D(D10mm)，內徑為d(dD)，傳感線圈匝數為N，傳感線圈軸線與平面PCB垂直，傳感線圈之間中心距離為3mm-20mm，所述傳感線圈可由磁場傳感器替代；

所述穩壓模塊與信號調理模塊、信號采集模塊和功率放大模塊連接，所述柔性PCB激勵模塊與功率放大模塊的輸出端連接，所述功率放大模塊的輸入端與信號采集模塊的模擬信號輸出端連接；