平面阵列电磁传感器金属缺陷检测新方法

摘要

随着我国工业快速发展，金属材料的使用量快速增加，各种类型和规格的金属材料被广泛应用于各行各业中，如建筑业、汽车制造业和航空航天业等。在金属材料的大量使用过程中，如果所用的金属材料存在缺陷，必然会存在安全隐患，严重的甚至会造成行业事故，对金属材料缺陷进行有效检测就成为关键问题。在对金属缺陷检测时，通常采用由一个或两个传感器构成的检测设备进行逐点扫描检测，耗时较长且检测结果存在误差。通过增加传感器数量能够提高检测精度，但检测结果仍较抽象且只能反映金属缺陷的部分特征信息。形象直观的检测结果有助于提高检测的准确性，可视化检测成为金属缺陷检测技术发展的新方向之一。电磁层析成像(Electromagnetic Tomography，EMT)技术作为一种基于电磁原理的可视化无损检测技术，具有检测速度快、灵敏度高、无接触和检测可视化的优点。本文提出了一种基于电磁层析成像技术的金属缺陷检测新方法，用自主设计的EMT金属缺陷检测系统对铝板缺陷进行了检测。本论文中主要做了以下几方面工作:
　　1.为更好地对金属缺陷进行检测，本文中设计了新款平面阵列电磁传感器。该新型传感器由9个线圈构成，线圈按照3×3矩阵形式排列，并且所有线圈固定在一个方形非导磁塑料盘上，线圈间互相平行，有助于增强互感。
　　2.在对有缺陷的铝板进行检测时，采用了基于电磁层析成像技术的金属缺陷检测新方法。与传统的扫描式检测方法相比，新方法能够得到关于金属缺陷的重建图像，重建图像能形象直观地反映出金属缺陷的位置、形状和尺寸信息。新检测方法在重建金属缺陷图像时需要对逆问题进行求解。在求解时利用l1正则化建立模型并用SplitBregman算法求解得到了重建图像，与利用l2正则化建立模型用共轭梯度算法求解得到的重建图像相比，图像的边缘性得到了有效保持，更适合金属缺陷图像重建。仿真和实验结果均表明，基于电磁层析成像技术的金属缺陷检测方法更加适用于金属缺陷检测。
　　3.本文利用LabVIEW软件设计了EMT金属缺陷检测系统中的软件部分，该部分主要包括五个模块:通信接口模块、数据采集处理模块、有限元剖分模块、成像算法应用模块和图像重建结果显示模块。软件部分能够直观展示金属缺陷的重建图像。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 金属缺陷无损检测技术简介

1．1．1 传统检测方法及原理

1．1．2 检测技术发展现状及趋势

1．2 电磁层析成像技术简介

1．2．1 基本原理与优势

1．2．2 发展历程与趋势

1．3 EMT检测系统在金属缺陷检测领域应用现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 电磁层析成像技术理论与图像质量评价

2．1 被测物场数学模型

2．2 电磁层析成像正问题

2．2．1 正问题求解方法

2．2．2 灵敏度矩阵构建

2．3 电磁层析成像逆问题

2．3．1 逆问题数学模型

2．3．2 逆问题求解

2．4 重建图像质量评价

2．5 本章小结

第三章 基于平面阵列电磁传感器金属缺陷检测新方法

3．1 平面阵列电磁传感器设计

3．1．1 传感器具体设计

3．1．2 传感器线圈激励测量策略

3．2 金属缺陷检测方法

3．2．1 基于平面阵列电磁传感器扫描式检测方法

3．2．2 基于平面阵列电磁传感器EMT成像检测方法

3．3 金属缺陷检测仿真实验

3．3．1 传感器仿真模型

3．3．2 仿真验证中金属缺陷图像重建结果

3．4 本章小结

第四章 平面阵列电磁传感器检测系统设计与实验验证

4．1 检测系统结构组成

4．2 激励源模块设计

4．3 多路选通模块设计

4．4 高速采集模块设计

4．5 上位机界面模块设计

4．5．1 上位机软件界面设计

4．5．2 上位机界面模块设计

4．5．3 通信接口模块设计

4．5．4 数据采集处理模块设计

4．5．5 有限元剖分模块设计

4．5．6 成像算法实现和应用模块设计

4．6 金属缺陷成像实验

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 未来展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢