[发明专利]一种基于阵列电磁传感器的材料微损伤检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及阵列电磁传感器的材料微损伤检测技术，具体涉及一种基于阵列电磁传感器的材料微损伤检测方法及系统。

背景技术

自德国科学家伦琴1895年发现X射线以来，无损检测作为一门应用型技术学科得到迅速发展，到二十世纪中期已建立了以射线、超声、磁粉、渗透和涡流五大常规检测技术为代表的无损检测体系，在机械、建筑、冶金、电力、石油、造船、汽车、宇航、核能、铁路等行业中得到广泛应用。涡流无损检测技术是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，具有检测速度快、灵敏度高、非接触、无需耦合介质等优点，是对材料微损伤进行检测的有效方法之一。但是，传统的涡流无损检测系统普遍存在以下问题：采用包含多个检测单元的阵列电磁传感器时，阵列电磁传感器的传感器线圈主要采用人工或机械方法绕制，在构成阵列时难以保证各检测单元的一致性，性能差异大；提离(传感器与被检测对象的间隙)变化对检测信号的影响很大，并且与真实缺陷的影响难以分离，严重影响检测的准确性；阵列电磁传感器的尺寸难以做得很小，导致空间分辨力低，定量检测效果差。

近年来国内外对微损伤定量检测技术开展了一些研究，主要有X射线衍射技术、超声非线性技术、金属磁记忆法、磁场测量技术等。X射线衍射技术可以对金属试件残余应力及疲劳损伤进行有效检测，但是设备复杂、价格昂贵，主要在实验室使用；超声非线性技术利用非线性声学特征和参数检测识别材料内部微损伤，目前还处于实验室探索阶段；金属磁记忆法无需对被测设备进行任何磁化或除锈处理，但是目前只是作为铁磁构件是否存在危险和危险所在部位的一种前期初步判定方法，后续必须辅助其他检测手段，才能定性定量。

美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室、日本丰桥科技大学等单位将超导量子磁力仪应用于微损伤检测，具有高灵敏度、高分辨力等优势，但是设备价格昂贵、操作不便，并且受干扰影响大。空客公司和德国弗朗霍夫无损检测学会将巨磁阻传感器构成的涡流检测阵列用于飞机铆接结构上隐藏裂纹的检测与成像，欧洲保险与再保险联合会(CEA)与法国辐射防护与核安全研究所(IRSN)使用蚀刻在聚酰亚胺上的微型线圈构成的柔性阵列探头来检查核反应堆余热排出管等部件，美国JENTEK公司与西科斯基飞机公司采用蜿蜒绕组磁力仪技术对旋翼机和直升机关键零部件上的疲劳和腐蚀损伤进行扫描与监测，取得了较好的检测效果，但均未实现微损伤的定量检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种微损伤检测准确性好、检测分辨力高、能够有效抑制提离干扰的基于阵列电磁传感器的材料微损伤检测方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种基于阵列电磁传感器的材料微损伤检测方法，实施步骤包括：

1)预先针对阵列电磁传感器建立包含传感器转移阻抗、被测对象的材料物理属性和提离之间非线性关系的测量网格并存储在网格数据库中，所述传感器转移阻抗是指实部和虚部或者幅度和相位，所述材料物理属性是指电导率或磁导率，所述提离是指阵列电磁传感器与被测对象之间的距离；当需要对被测对象进行材料微损伤检测时跳转执行步骤2)；

2)校准阵列电磁传感器各个检测单元输出的转移阻抗信号；

3)将校准后的各路转移阻抗信号进行信息融合，得到进行信息融合后的各路转移阻抗信号；

4)分别将进行信息融合后的各路转移阻抗信号作为自变量，利用网格数据库的测量网格进行搜索，得到阵列电磁传感器各个检测单元检测到的材料物理属性；

5)根据阵列电磁传感器各个检测单元检测到的材料物理属性对被测对象进行微损伤评价。

优选地，步骤1)的详细步骤包括：

1.1)预先针对阵列电磁传感器建立有限元仿真分析模型，所述有限元仿真分析模型基于阵列电磁传感器的结构及其工作条件来建立，所述工作条件包括工作频率和提离，所述提离是指阵列电磁传感器与被测对象之间的距离；

1.2)通过对有限元仿真分析模型进行仿真分析，得到阵列电磁传感器的传感器转移阻抗、被测对象的材料物理属性和提离之间非线性关系的测量网格并存储在网格数据库中，所述传感器转移阻抗是指实部和虚部或者幅度和相位，所述材料物理属性是指电导率或磁导率；当需要对被测对象进行材料微损伤检测时跳转执行步骤2)。

优选地，步骤2)校准阵列电磁传感器各个检测单元输出的转移阻抗信号采用的函数表达式如式(1)所示；

Z_corrected＝kZ_m-Z_p(1)