基于脉冲涡流信号频谱分析的缺陷表征方法

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脉冲涡流检测技术是近几年发展起来的一种新型的电磁无损检测技术。传统的涡流检测技术采用的是正弦信号作为激励,由于趋肤效应的存在,其对深层缺陷的检测能力受到限制;而脉冲涡流检测技术采用具有宽广频谱的脉冲波形作为激励,可以同时检测到被测部件中不同深度的缺陷,获得更多的缺陷信息,有利于航空维修,对保障飞机安全有着重要的意义,因而引起众多研究人员的兴趣。   本论文基于电磁场理论和有限元数值仿真对脉冲涡流检测技术展开研究以避免实验过程中的不确定性因素对研究工作的干扰。本文首先建立轴对称有限元模型,利用Fortran编程语言,分别采用时间步进算法和傅里叶变换算法对二维轴对称的脉冲涡流问题进行数值仿真,计算得到脉冲涡流的瞬态感应电压,比较了这两种有限元数值仿真方法,并且利用脉冲涡流检测实验平台,验证了数值仿真结果。   脉冲信号可以看作是一系列不同频率正弦信号的组合,表面缺陷同时影响信号的低频成分和高频成分,而下表面缺陷只影响低频成分。但是,目前对脉冲涡流缺陷识别的研究主要是通过在时域上寻找合适的特征量进行缺陷分类,并没有充分利用缺陷对不同频率分量有不同影响这一优点。所以,本文将数值仿真得到的瞬态感应电压通过快速傅里叶变换转换到频域上,在频域上对脉冲涡流信号进行分析。在频谱分析的基础上,提取由低至高的三个频率分量作为特征,用于缺陷的表征。数值仿真的结果表明,这三个特征量能很好地确定缺陷的位置、半径和深度。
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