高压功率放大器在铝板内部缺陷脉冲涡流检测中的应用

实验名称：脉冲涡流检测实验

研究方向：作为无损检测技术的一种，脉冲涡流检测技术建立在电磁感应原理基础上，用来检测导电材料中的缺陷。脉冲涡流检测的原理与传统涡流检测基本相同，区别在于激励方式和信号分析方法的不同。在金属旧结构件再制造检测中，脉冲涡流起着十分重要的作用。作为金属材料的缺陷，无论是存在于表面还是隐藏于内部都有可能造成难以估量的损失。金属表面的缺陷相对而言比较容易发现，而隐藏在金属内部的缺陷却难以发觉。

我国国防科技大学对脉冲涡流检测技术进行了深入的研究，广泛地将脉冲涡流检测技术应用于金属表面和亚表面缺陷尺寸的评估中，并且能够准确识别出同时存在的不同类型的缺陷。脉冲涡流检测技术还被用于时域信号分析中，利用脉冲涡流检测输出信号来判断裂纹宽度。国防科技大学团队研究的“频谱分离点”分类方法，能够通过频谱信息检测出裂纹的种类，增强脉冲涡流检测的准确度。本实验通过分析脉冲涡流检测方法所涉及的基本原理。利用仿真模型对比有缺陷和无缺陷铝板样件对周围磁场的影响。分析铝板内部缺陷尺寸和位置的变化对输出信号产生的影响，研究信号的提取办法和处理机制。

实验目的：实现缺陷位置与深度和检测信号特征量之间对应关系的研究，为后续实验做论证和铺垫。

测试设备：功率放大器、信号发生器、数据采集卡、霍尔传感器、计算机、激励线圈、被测样品

实验过程：脉冲涡流检测系统的组成包含：硬件检测平台、数据分析软件平台。硬件平台可以实现信号的发生、放大与采集，采集到的信号可以反映出金属缺陷的情况；软件平台主要完成数据采集程序、检测系统界面、数据分析与处理过程。通过软件平台实现特征量提取、实时显示、数据存储等功能。系统硬件由探头及检测装置组成，如图1-1所示，该系统包含：信号发生器、功率放大器、信号调理电路、数据采集卡以及计算机等。

在脉冲涡流检测实验中，波形发生器会产生一个频率、幅值和占空比均可调的方波信号，功率放大器可以对波形发生器输出的信号放大，放大倍数为10，经由放大器后的信号作为激励线圈的激励源。交变的电流会激发出一个变化的磁场，当检测线圈靠近被测铝板时，由于交变磁场的作用，被测铝板试件中将会形成涡流，而交变磁场所生成的涡流场也是交变的，所以被测铝板上就会产生一个由交变涡流感生出的第二个磁场，激励线圈所激发的第一个磁场会和涡流感生的第二个磁场形成合磁场，探头底面中心的霍尔传感器可以检测到叠加磁场的变化。在信号调理模块，霍尔传感器的输出信号会和2.5V电压差分，然后使用放大芯片对差分信号进行信号放大，如此操作以后，信号就能够被数据采集卡所识别，满足动态输入量程范围。数据采集卡内集成有A/D转换器，可以将探头输出的模拟信号转变为数字信号传送给计算机。通过计算机软件调控数据采集卡和对采样信号进行分析。脉冲涡流检测装置配备了基于LabVIEW的上位机软件平台，通过软件界面可以直观的显示多种信号，并且可以对信号进行数据处理。利用Matlab程序对信号进行分析，得出信号特征量和样件缺陷之间的对应关系。

图1-1脉冲涡流硬件检测实验框图

实验结果：为了找到缺陷位置与深度和信号特征量之间的关系，需要建立一种可以使缺陷位置和深度灵活变化的样件模型。可以使用节介绍的铝板样件，四块铝板可以提供2mm、4mm、6mm8mm四种缺陷位置，即内部缺陷距离铝板上表面的距离，还可以提供2mm、4mm、6mm、8mm四种缺陷深度。通过脉冲涡流检测平台对内部缺陷进行检测，可以得到图1-2所示的缺陷信号波形。对两个不同的内部缺陷进行检测，可以得到两个不同的缺陷信号波形，图1-3为波形正峰值部分的对比图。由此可知，对于不同的缺陷位置和深度，通过检测平台所检测到的信号是不同的，其中正峰值的不同是明显可见的。

图1-2缺陷信号检测波形

图1-3不同缺陷信号的峰值对比

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