高壓功率放大器在鋁板內部缺陷脈沖渦流檢測中的應用

　　實驗名稱：脈沖渦流檢測實驗

　　研究方向：作為無損檢測技術的一種，脈沖渦流檢測技術建立在電磁感應原理基礎上，用來檢測導電材料中的缺陷。脈沖渦流檢測的原理與傳統渦流檢測基本相同，區別在于激勵方式和信號分析方法的不同。在金屬舊結構件再制造檢測中，脈沖渦流起著十分重要的作用。作為金屬材料的缺陷，無論是存在于表面還是隱藏于內部都有可能造成難以估量的損失。金屬表面的缺陷相對而言比較容易發現，而隱藏在金屬內部的缺陷卻難以發覺。

　　我國國防科技大學對脈沖渦流檢測技術進行了深入的研究，廣泛地將脈沖渦流檢測技術應用于金屬表面和亞表面缺陷尺寸的評估中，并且能夠準確識別出同時存在的不同類型的缺陷。脈沖渦流檢測技術還被用于時域信號分析中，利用脈沖渦流檢測輸出信號來判斷裂紋寬度。國防科技大學團隊研究的“頻譜分離點"分類方法，能夠通過頻譜信息檢測出裂紋的種類，增強脈沖渦流檢測的準確度。本實驗通過分析脈沖渦流檢測方法所涉及的基本原理。利用仿真模型對比有缺陷和無缺陷鋁板樣件對周圍磁場的影響。分析鋁板內部缺陷尺寸和位置的變化對輸出信號產生的影響，研究信號的提取辦法和處理機制。

　　實驗目的：實現缺陷位置與深度和檢測信號特征量之間對應關系的研究，為后續實驗做論證和鋪墊。

　　測試設備：功率放大器、信號發生器、數據采集卡、霍爾傳感器、計算機、激勵線圈、被測樣品

　　實驗過程：脈沖渦流檢測系統的組成包含：硬件檢測平臺、數據分析軟件平臺。硬件平臺可以實現信號的發生、放大與采集，采集到的信號可以反映出金屬缺陷的情況；軟件平臺主要完成數據采集程序、檢測系統界面、數據分析與處理過程。通過軟件平臺實現特征量提取、實時顯示、數據存儲等功能。系統硬件由探頭及檢測裝置組成，如圖1-1所示，該系統包含：信號發生器、功率放大器、信號調理電路、數據采集卡以及計算機等。

　　在脈沖渦流檢測實驗中，波形發生器會產生一個頻率、幅值和占空比均可調的方波信號，功率放大器可以對波形發生器輸出的信號放大，放大倍數為10，經由放大器后的信號作為激勵線圈的激勵源。交變的電流會激發出一個變化的磁場，當檢測線圈靠近被測鋁板時，由于交變磁場的作用，被測鋁板試件中將會形成渦流，而交變磁場所生成的渦流場也是交變的，所以被測鋁板上就會產生一個由交變渦流感生出的第二個磁場，激勵線圈所激發的第一個磁場會和渦流感生的第二個磁場形成合磁場，探頭底面中心的霍爾傳感器可以檢測到疊加磁場的變化。在信號調理模塊，霍爾傳感器的輸出信號會和2.5V電壓差分，然后使用放大芯片對差分信號進行信號放大，如此操作以后，信號就能夠被數據采集卡所識別，滿足動態輸入量程范圍。數據采集卡內集成有A/D轉換器，可以將探頭輸出的模擬信號轉變為數字信號傳送給計算機。通過計算機軟件調控數據采集卡和對采樣信號進行分析。脈沖渦流檢測裝置配備了基于LabVIEW的上位機軟件平臺，通過軟件界面可以直觀的顯示多種信號，并且可以對信號進行數據處理。利用Matlab程序對信號進行分析，得出信號特征量和樣件缺陷之間的對應關系。

圖1-1脈沖渦流硬件檢測實驗框圖

　　實驗結果：為了找到缺陷位置與深度和信號特征量之間的關系，需要建立一種可以使缺陷位置和深度靈活變化的樣件模型。可以使用節介紹的鋁板樣件，四塊鋁板可以提供2mm、4mm、6mm8mm四種缺陷位置，即內部缺陷距離鋁板上表面的距離，還可以提供2mm、4mm、6mm、8mm四種缺陷深度。通過脈沖渦流檢測平臺對內部缺陷進行檢測，可以得到圖1-2所示的缺陷信號波形。對兩個不同的內部缺陷進行檢測，可以得到兩個不同的缺陷信號波形，圖1-3為波形正峰值部分的對比圖。由此可知，對于不同的缺陷位置和深度，通過檢測平臺所檢測到的信號是不同的，其中正峰值的不同是明顯可見的。

圖1-2缺陷信號檢測波形

圖1-3不同缺陷信號的峰值對比

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