我院叶朝锋课题组提出新型电磁阵列成像缺陷检测方法

发布者:闻天明发布时间:2021-02-01浏览次数:10

电磁涡流阵列成像是控制产品质量和维护设备安全的重要技术手段,被广泛应用于航空航天、高速铁路、压力容器、能源设施和精密制造等关键领域的结构健康检测。近日,我院叶朝锋课题组(精密传感与智能检测实验室)提出并验证了新型阵列电磁涡流成像检测方法及其探头系统。两项成果发表在电气电子领域国际顶级期刊IEEE Transaction on Industrial Electronics

研究团队提出了一种全新的基于三相激励和高分辨率隧道效应磁阻传感器(TMR)阵列成像的检测方法。该方法利用三相高频线圈阵列,在待测导体中激励产生沿着电流相位变化方向空间平移的感应电涡流以实现空间扫查,相对于传统的探头具有成本低、噪声小、电路结构简单等优点。课题组研制的TMR传感器阵列具有高分辨率(0.5mm)、高灵敏度、体积小、功耗低、线性范围宽、易于集成的优点,所以很适合制作大规模传感器阵列用于磁场检测成像。研究团队研制了包含三相激励系统和64个TMR传感器单元的阵列探头样机,用其对金属样品中的缺陷进行了检测实验。实验结果表明该方法能快速检出亚毫米量级的微小缺陷,利用人工神经网络算法对磁场图像分析处理,可准确定位和量化金属样品中的缺陷

图:(a)封装过程中的TMR传感器阵列;(b)含有三相激励和TMR传感器阵列的探头示意图; (c)原型探头实物图;(d)实验设置框图

针对曲面结构快速检测工具匮乏的问题,研究团队提出了一种新型平面差分式柔性阵列探头,该探头基于柔性工艺制备,可以根据所测曲面弯曲,从而保持探头与样品表面良好贴合;提出了一种多通道融合算法,有效提高了微小缺陷的检出概率。研究者采用基于集群计算的三维有限元电磁场仿真模型,研究了平面差分探头激励下导体内的涡流分布,预测了不同缺陷的图像。进而研制了用于涡轮叶片曲面检测的柔性阵列探头,并在涡轮叶片曲面样品上进行了实测验证。实验结果表明,探头可对变化曲率的叶片样品快速高清晰检测成像,能有效检出任意方向长*宽*深=2.5*0.1*0.1 mm3的微小缺陷,对曲面样品缺陷的检测能力达到业内领先水平

图:(a)封装过程中的柔性阵列探头;(b)柔性阵列探头用于涡轮叶片检测; (c)平面差分阵列探头的四通道设置;(d)实验设置框图

论文“Eddy Current Probe with Three-Phase Excitation and Integrated Array TMR Sensor”,叶朝锋课题组2019级博士生张娜为本文第一作者,叶朝锋教授为通讯作者,上科大为第一完成单位。该项研究获得浦江人才计划和上海科技大学启动经费支持。相关链接 https://ieeexplore.ieee.org/document/9080544

论文“Flexible Array Probe with In-plane Differential Multi-Channels for Inspection of Micro-defects on Curved Surface”,叶朝锋教授为本文的第一作者和通讯作者,上科大为第一完成单位。该项研究获得浦江人才计划,上海市科委和上海科技大学启动经费支持。相关链接https://ieeexplore.ieee.org/document/9325072