基于自谐振电路的新型涡流检测技术

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近年来,随着航空事业的不断发展,越来越多的材料被应用于航空装备的制造。其中,铝合金作为传统的航空金属材料,其在航空设备制造中的使用量仍然是最多,而碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced polymer,CFRP)作为一种发展迅速的新兴复合材料,也逐渐成为航空材料的热点。因此,针对这两种主要航空材料的无损检测方法研究也越来越受关注。涡流检测技术(eddy current testing,简称ECT)作为一种发展较为成熟的、高效无接触的无损检测技术,已经广泛应用于铝合金材料和CFRP的无损检测中。与铝合金材料不同,碳纤维复合材料的电导率很低,因此传统涡流检测在这种低电导率材料上的应用往往是高频检测。但是,高频检测更容易受到各种干扰因素的影响,并且背景噪声较高,给实际应用带来很大的不便。针对这一问题,本文提出了一种基于自谐振电路的新型涡流检测技术。在该技术中,使用由涡流线圈和电容并联组成的LC谐振器作为涡流检测探头,并设计特殊的激励电路使LC谐振器始终处于高质量谐振状态。与传统涡流检测技术相比,所提出的新型涡流检测技术通过特殊电路的设计以及涡流信号检测方法的优化来提高检测灵敏度,能够克服CFRP电导率低的问题,可以在较低的频率下实现碳纤维复合材料的缺陷检测。并且该技术同样适用于铝合金材料的检测,相比于其他涡流检测技术,其适用性更强。首先,本文对新型涡流检测技术的涡流检测探头阻抗模型进行了求解,并在此基础上,对新型涡流检测技术的检测特性进行了分析,分别建立了在碳纤维复合材料和铝合金材料上的应用模型。然后,基于新型涡流检测技术的检测特性,综合利用电路设计与计算机技术设计并开发了一套自谐振涡流检测系统。最后,使用所搭建自谐振涡流检测系统开展了碳纤维复合材料和铝合金材料的缺陷检测实验。通过实验表明:①对于CFRP,本文的自谐振涡流检测系统在500kHz时的检测效果与传统涡流检测系统在10MHz时的检测效果相当;②在使用自谐振涡流检测系统的情况下,500kHz已经能够实现CFRP常见缺陷的准确检测,包括裂纹、分层和冲击破坏等。③对于铝合金这种高电导率材料,使用谐振频率作为自谐振涡流检测系统的检测信号能够提供较好的检测结果。
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