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1、飞机狮钉孔周裂纹的脉冲涡流检测摘要：脉冲涡流检测技术用于飞机的无损检测中，被证实能有用地实现对 飞机多层构造和机身重叠部位隐含的腐蚀缺陷的检测和评估，因而成为目前无损 检测范围的一个研究热门。 本文的目的是研究飞机多层结构中钏钉周围裂纹的 检测，主要进行了传感器优化设计工作。论文中设计了一种嵌入TMR芯片的C形探头。C形探头可以在工件的外表形成 均匀的涡流场。如果钾钉孔周围存在缺陷，TMR芯片就可以检测到。对钏钉周 围存在的细小的裂纹，通过研究激励线圈匝数和绕有激励线圈的C形骨架地脚 水平间距及C形的材料（pc管和非晶态合金）来对传感器进行优化设计，以提 高探头的检测灵敏度。通过优化，得出了该
2、类传感器的优化参数，并且分析了进 一步研究的方向。关键词：脉冲涡流,TMR芯片，C形探头，非晶态合金图3.3检测飞机抑钉孔周裂纹1.1.1 脉冲信号发生器模块信号发生器模块采用可编程式脉冲信号发生器产生脉冲方波激励信号，激励 信号稳定，频率及占空比都可调。1.1.2 传感器模块本次毕设用到的传感器模块由激励线圈和TMR传感器两局部组成。例如激 励线圈采用C形结构线圈时,TMR传感器在钾钉边上，磁场发生变化了，TMR传 感器就可以检测到。1.1.3 被检件模块检测所用到的金属试块的规格是400mmx450mmxl.5mm （长x宽x深）的 铝板，我们在钾钉周边加工了一些裂纹缺陷，长度有长有短的，
3、从而更好的实现 我们实验得要求。裂纹缺陷的长度为1 mm,2mm,3mm,4mm,5mm,6mm,7mm,8mm, 然后将这一块加工好的铝合金板放在其他尺寸相同的完好的板中，最后采用钏接 技术结合在一起，检测不同深度，不同长度，进而优化我们做的探头，到达我们 所需要的结果。3.2 检测信号的时域特征实验中得到的参考信号和缺陷信号以及两者差分后的差分信号构成的时域 特征如图3.6所示，我们可以从图中看到峰值显示，包括电压和时间。还有超过 基准点的时间。缺陷的尺寸关系到电压值；缺陷的尺寸和在被检件中的位置关系 到时间峰值;缺陷深度的相关信息可以从超过基准点的时间得出。然后我们根据这个条件，对数据进
4、行瞬态分析得到所需的缺陷的信息。用单探头进行检测主要运用差分信号检测原理，探头在试块上移动，在没有 缺陷的部位采集一个参考信号，然后在有缺陷的部位采集到一个信号，最后我们 将这两个信号进行差分处理，获得一个差分信号。我们可以根据差分信号为不为 零，就可以判断有没有缺陷的存在。图3.7就是一个没有缺陷时的差分信号图。期0.30.25缺陷信号0.20.150.050Tp1.62 4 x 100.20.40.60.8时间(US )。5。,差分信号峰值图3.6脉冲涡流信号及缺陷差分信号时间图3.7没有缺陷时的差分信号图裂纹缺陷试块的制作利用自制的探头探测多层合金试块钾钉周围缺陷，用LY12铝合金板设计
5、多 层结构的试块。钾钉周围裂纹如图3.8所示。实验用到的金属试块每层的规格是 400mmx450mmx 1.5mm （长x宽x深）如图3.9所示。实物图3.10所示。柳钉缺陷图3.8钾钉裂纹示意图10o图3.10密接试块实物114检测探头的设计和参数优化原理C形传感器的设计原理相对与传统的圆柱形脉冲涡流探头和斜角式脉冲涡流探头，传统的圆柱形对 检测深层裂纹效果不佳，而斜角式的没有形成封闭的磁场。为了改善圆柱形及斜 角式的缺乏，本文设计了C形探头。C形线圈具有方向特性，能够产生均匀的脉 冲涡流，而且能形成封闭的磁场。本探头设计的出发点如下：为了能形成封闭的的磁场，对检测很有利，本文 设计了 C形
6、探头进行实验。首先我们将探头线圈绕至在C形塑料骨架上，C形 的两角放在钻好矩形孔的塑料板中，TMR传感器位于钾钉孔边，因为钾钉边上 的磁场强度大，检测效果最好。设计的C形探头具体尺寸为:探头外径为45mm时，内径30mm,高度25mm。 探头两个角之间的距离为25mm，绕探头的金属线直径0.41mm,线圈匝数一共200 匝。C形探头实物图如4.1所示。图4.1 C形探头实物图把探头放在试件上，塑料板上的孔对准钾钉，找一个无缺陷的作为参考值, 再去检测其他地方的钾钉处检测最后系统会自动按程序作出两者信号的差分值, 如图4.2所示。12波形图2电压u. U”0.025-0.02-0.015-0.0
7、1-0.005-理0-座ULJ-0.005-0.01-0.015-0.02-0.025-一n n、-u. uo(1)0.001 o.c)02O.C)03O.C)04i 0.005 O.C 时间)06O.C)07O.C)08o.c)09i0.01图4.2脉冲涡流差分信号4.1 C形传感器的参数优化灵敏度：灵敏度就是检测缺陷的能力的一种表达。灵敏度高检测效果就很明 显，灵敏度太低，有些缺陷就会漏检。灵敏度公式为：S = Vp/Vs（4.1）式中：Vp差分信号幅值依一参考信号幅值根据之前绕至在C形塑料骨架上的探头可以对飞机钾钉孔周裂纹进行检测, 所以我们对探头进行优化。通过三个方面对C形传感器进行优
8、化。如下：1 .磁芯材料；2 .激励线圈的匝数的选择；3 .C形磁芯地脚水平间距。改变这三个方面，C形探头内径40mm，外径50mm，高度25mm进行了探头的 优化，下列图是绕至在非晶态合金上面的探头。图4.3 C形探头（非晶态合金）135传感器优化具体测试结果及分析5.1相同匝数不同材料骨架对钾钉孔周裂纹测试结果1.200匝，间距25mm的C形探头（pc管）对多层合金试块进行检测为4mm, 5mm, 6mm, 8mm的裂纹的差分图，如图5.1所示。间距为25mm各缺陷差分图x103丫 10-3间距为25mm各缺陷差分图4mm5mm6mm8mm4mm5mm6mm8mm1OX1U-4mm5mm6
9、mm58mm3埋 0士=5二三二1三L 二二充宁=一与专W三三军-50123456789时间/S.3x10图5C形探头（pc）线圈检测裂纹差分图2 . 200匝，间距25mm的C形探头（非晶态合金）对多层合金试块进行检测 为3mni, 4mm, 5mm, 6mm, 81mli的裂纹的差分图，如图5.2所示。图5.2C形探头（非晶态合金）线圈检测裂纹差分图3 .空心线圈和非晶态合金灵敏度比照，如图5.3所示。14x 10空心线圈和非晶态合金灵敏度比照空心线圈 非晶态合金356缺陷长度mm图5.3空心线圈和非晶态合金灵敏度比照图从上图就可以看出加有非晶态合金的探头可以检测到3mm缺陷，空心线圈 那
10、么不可以检测到。加有非晶态合金的探头在4mm, 5mm,6mm,8mm缺陷处灵敏 度都高于空心线圈（pc管）。磁芯材料对检测灵敏度有影响。5. 2相同骨架不同匝数的探头对狮钉孔周裂纹测试结果对同样规格的磁芯（间距25mm）不同的线圈匝数。本论文绕至了 100匝， 150匝，200匝和250匝的C形探头进行了钾钉孔周围裂纹的检测。裂纹位于试 块第三层，在距外表3mm以下。1 .绕至100匝线圈的探头测得长度为分别为4mm, 5mm, 6mm, 8mm的裂 纹的差分图，如图5.4所示：时间/sX103图5.4 100匝线圈检测裂纹缺陷差分图2 .绕至150匝线圈的探头测得长度为分别为3mm,4mm
11、, 5mm, 6mm, 8mm15的裂纹的差分图，如图5.5所示:,o3-o线圈为150匝8642o26之03图5.5 150匝线圈检测裂纹缺陷差分图3 .绕至200匝线圈的探头测得长度为分别为3mm,4mm, 5mm, 6mm, 8mm 的裂纹的差分图，如图5.2所示：4 .绕至250匝线圈的探头测得长度为分别为3mm,4mm, 5mm, 6mm, 8mm 的裂纹的差分图，如图5.6所示：图5.6 250匝线圈检测裂纹缺陷差分图5 .不同匝数相同间距的灵敏度比照，线圈匝数为100,150,200,250间距为 25mm,3mm裂纹处的灵敏度图如图5.7所示，5mm裂纹处的灵敏度图如图5.8所
12、zF o16150200线圈匝数N/匝e3mm缺陷10X 一 一， 2 5 15 1.O.6富丈图5.7 3mm缺陷检测灵敏度图13.5产- 5mm缺陷0?D0150200250线图面数NZ匝图5.8 5mm缺陷检测灵敏度图通过线圈匝数为100, 150, 200, 250的探头采集数据及灵敏度图可以发现 匝数为200匝，检测灵敏度高。不同匝数探头检测相同缺陷大小，匝数多的不一 定比匝数少的好，匝数少的也不一定比匝数多的效果好。5. 3相同匝数不同规格骨架的探头对钾钉孔周裂纹测试结果对与相同匝数（200匝）不同规格骨架。本论文绕至C形磁芯地脚水平距离 为20mm,30mm,以及之前的25mm,
13、 C形探头对钾钉孔周围裂纹进行检测。裂 纹位于试块第三层，在距外表3mm以下。1. C形磁芯地脚水平间距为20mm的探头测得长度为分别为3mm,4mm, 5mm, 6mm, 8mm的裂纹的差分图，如图5.9所示：171引言1.1 课题的依据及意义11.2 脉冲涡流检测国内外的研究应用11.3 研究内容及实验内容31.4 研究目标及特色42脉冲涡流检测的理论基础2.1涡流检测原理52. 2脉冲涡流检测原理52. 3脉冲涡流检测对飞机钾钉孔周裂纹的作用原理63检测系统的设计3.1 检测系统的结构73.2 检测信号的时域特征83.3 裂纹缺陷试块的制作94检测探头的设计参数优化原理4.1 C形传感器
14、的设计原理错误!未定义书签。24.2 C形传感器的参数优化135传感器测试结果与分析5.1 相同匝数不同材料骨架对钾钉孔周裂纹测试结果145.2 相同骨架不同匝数的探头对钾钉孔周裂纹测试结果155.3 相同匝数不同规格骨架的探头对钾钉孔周裂纹测试结果175.4 不同深度缺陷的检测结果195.5 激励线圈到探测板的距离对钾钉孔周裂纹的检测205.6 C形探头与圆柱形及斜角式探头的比照216 总结与展望23参考文献24图5.9间距为20mm各缺陷差分图2 .C形磁芯地脚水平间距为25mm测得长度为分别为3mm,4mm, 5mm, 6mm, 8mm的裂纹的差分图，如图5.2所示：3 .C形磁芯地脚水
15、平间距为30mm测得长度为分别为3mm,4mm, 5mm,6mm, 8mm的裂纹的差分图，如图5.10所示：图5.10间距为30mm各缺陷差分图4.相同匝数不同间距灵敏度比照方图5.11所示：18- 8mm缺陷5f4.5 /-lo2530C形磁芯地脚水平间距mm图5.11灵敏度图从图5.11不难看出C形磁芯地脚水平距离为25mm的灵敏度相比20mm和 30mm处检测灵敏度都高。5. 4不同深度缺陷的检测结果根据之前的数据得知C形磁芯地脚水平间距25mm匝数为200匝的探头检 测灵敏度高，用最优的探头检测不同深度的缺陷。图5.12缺陷在第二层5mm处 的缺陷图。图5.13,缺陷在第三层时，5mm
16、处的缺陷图。图5.12第二层5mm裂纹缺陷图19图5.13第三层5mm缺陷图从图5.12和5.13就可以看出缺陷的深度对检测效果是有影响的。深度越浅 检测效果越好。反之效果会降低。5.5 激励线圈到探测板的距离对钾钉孔周裂纹的检测在实验过程中我们发现一个现象，探头的激励线圈到多层金属试块距离较 大时差分信号不稳定，绕了两个200匝的线圈的探头，其中一个探头的激励线圈 到多层金属试块距离较大时差分信号不稳定，不利于检测钏钉孔周裂纹。如图 5.14,探头如图5.15。另外一个探头的激励线圈到多层金属试块较近检测效果较 好见图5.2差分图。图5.14线圈匝数为20020图5.15 200匝的探头5.
17、6 C形探头与圆柱形及斜角式探头的比照1.200匝间距为25mm的C形探头与圆柱形比照。圆柱形探头的差分图如图5.16 所示：时间/s图5.16圆柱形探头检测裂纹的差分图从图5.2从图5.16,可以看出C形探头检测能力高。C形探头可以检测到3mm 缺陷，圆柱形探头那么不可以检测到。2. 200匝间距为25mm的C形探头与斜角式探头的比照，斜角式探头的差分图如 图 5.17：21图5.17圆柱形探头检测裂纹的差分图从图5.2和5.17可以看出，C形探头不如斜角式探头检测能力。差分图的幅值幅值和选择的激励电压有关，本次设计的C形探头还有些缺乏 之处。226总结与展望总结：本次设计最主要的内容就是对
18、脉冲涡流传感器的设计与优化，然后通 过查阅资料和实验结果，选择出更能到达工作效果的传感器。传感器虽说是泯流 检测的一局部，但是他至关重要，它会影响到后续的工作。传感器的制作的好坏, 影响你对缺陷检测。所以一个好的传感器对于检测人员是多么重要。实验结果概 括为以下几点：1 .从本次设计的探头测试来看，对同一裂纹缺陷，塑料骨架做的探头与非晶 态合金做的探头匝数相同时，非晶态合金做的探头的检测灵敏度比塑料骨架做的 探头高。2 .200匝的非晶态合金做的探头检测灵敏度高于其他匝数的探头。3 .C形探头（非晶态合金）的两个角的距离为25mm，检测灵敏度高。4 .从两个绕有200匝线圈非晶态合金探头到多层
19、金属试块的距离的检测效 果可以得出，线圈靠近多层金属试块，差分信号更稳定，检测效果会更好。5 .C形探头比圆柱形探头检测能力高，不如斜角式探头。展望：本论文做出的探头对裂纹缺陷的检测取得了一定的效果，但是由于自 身水平和能力还有所欠缺，因此还存在很多缺乏之处，所以还有很多方面需要改 进。考虑一些影响因素使得C形探头检测效果比斜角式探头更好些。23参考文献1 T.W. Krause, P.R. Underhill, V. Babbar. Transient (Pulsed) Eddy Current Inspection of CF188 Inner Wing Spar Through Carb
20、on/Epoxy Skin with Ferrous Fasteners PresentJ, NDT in Canada 2012 conference.2 P.R. Underhill, A. Tetervak and T.W. Krause. Transient Eddy Current For detection of cracks in MultiLayer aluminum structures in the presence of ferrous fasteners|J. NDT in Canada 2011.3 V.K. Babbar, P.R. Underhill, C. St
21、ott, T.W, Krause. Finite element modeling of second layer crack detection in aircraft bolt holes with ferrous fasteners present!J. NDT&E International. 2014,65:64-71.4 T. W. Krause, P. Horan and P.R. Underhill. Pulsed eddy current detection of cracks in CF-188 inner wing spar through insulating wing
22、 skin using modified Principal Components Analysis. NDT in Canada 2012 conference.5 Peter F. Horan, Peter Ross Underhill, and Thomas W. Krause. Real Time Pulsed Eddy Current Detection of Cracks in F/A-18 Inner Wing Spar Using Discriminant Separation of Modified Principal Components Analysis Scores.
23、IEEE SENSORS JOURNAL. 2014,14(1):171-176.6 Wincheski B. Development of SDT sensor based eddy current probe for detection of deep fatigue cracks in multi-layer structure!J. NDT & E International ,2010,43:718-725.7 Yang G, Tamburrino A, Udpa L, et al. Pulsed eddy-current based giant magnetoresistive s
24、ystem for the inspection of aircraft structures J. IEEE Transactions on Magnetics,2010,46(3): 910-917.8 G. Yang, Z. Zeng, Y. Deng. Sensor-tilt invariance analysis for eddy current signalsJ. NDT & E International,2012,52:1 -8.9 Jaejoon Kim, Guang Yang, Lalita Udpa, Satish Udpa. Classification of puls
25、ed eddy current GMR data on aircraft structures. NDT&E International. 2010,43:141-144.10 G. Yang, Z. Zeng, Y. Deng. 3D EC-GMR sensor system for detection of subsurface defects at steel fastener sitesJ. NDT & E International.2012,50:20-28.11 Zhiwei Zeng, Xin Liu, Yiming Deng. A Parametric Study of Ma
26、gneto-Optic Imaging Using Finite-Element Analysis Applied to Aircraft Rivet Site Inspection. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. 2006,42(11):3737-3743.12徐平等.飞机多层结构腐蚀缺陷监测系统的研究与实现J.电子设计应用，2005, (10): 96-98.13杨宾峰，罗飞路，张玉华，徐平.脉冲涡流在飞机钟接结构无损检测中的应用研究J. 计量技术，2005,(12): 15-17.14杨宾峰，罗飞路，曹雄恒，张玉华.飞机多层结构中裂纹的定量检测及分类识别
27、J.机械 工程学报，2006, 42(2): 63-67.24飞机狮钉孔周裂纹的脉冲涡流检测1引言课题的依据及意义无损检测技术是指不破坏物体，借助现有的技术和设备仪器，对被检对象内 部及表层的结构、状况、性质及缺陷的类型、数目、性质、位置、形状、尺寸、 分布及其变化进行检测的一种手段。无损检测技术已经成为现代工业开展的必要 工具，在冶金、石油化工、船舶业、航天航空、电力以及核能领域得到了重要的 利用。涡流检测是常规无损检测技术之一，涡流检测是以电磁感应为原理基础。涡 流的基本原理是检测通电线圈在导电材料上因涡流场引起的线圈阻抗的改变。因 而,把探头放在工件上移动时,碰到缺陷及材料、尺寸等改动时
28、,用涡流检测仪器 可以获得线圈阻抗变化量，从而可以知道工件的外表有没有缺陷或别的尺寸等改 变。影响涡流场改变的因素特别多,就如探头线圈与被测工件的耦合程度等等。 因而,利用这一特点就可以处理金属材料探伤、测量其厚度等问题。脉冲涡流检测技术是一种新技术,脉冲涡流对飞机钾接试块的中层间和次表 面缺陷的探伤能力、分类鉴别能力、材料消耗的定量检测和评估等方面优势特别 明显。脉冲涡流检测技术主要用在一些飞机，检测效果显著，因此成为当今无损 检测范围内的一个研究方向。通常情况下飞机的飞行条件相比照拟恶劣如航母上 的战斗机，长期会受到恶劣的环境影响，飞机的机身通过钾接，时间就了就可能 在钾钉孔周边产生裂纹。
29、钏钉孔周围的缺陷存严重影响飞机的使用平安，发现钾 钉孔周围缺陷然后我们对缺陷进行评估看是否符合飞行标准，保证我们的飞机的 平安可靠，减少一些不必要的损失，对于民用飞机也是一样的，从而保证飞机的 平安，飞机脉冲涡流技术检测钾钉孔周裂纹一个很有意义的课题。本课题是根据 脉冲涡流检测对钾钉的检测特点，设计优化新型的探头，以改善以往无损检测领 域各种检测方法对于钾钉内各种缺陷检测精度不高，效率偏低的状况。为我国航 空领域以及人民生产和生活所需钾钉的平安使用贡献一份力量。从而本课题所涉 及的探头设计与比拟对于国家航空工业的开展有一定的积极促进作用O脉冲涡流检测国内外的研究应用1.1.1 脉冲涡流国外研究
30、现状1 .加拿大皇家陆军学院学者V.K. Babbar和P.R. Underhill针对服役的CF188 型号及美国F/A-18战机损伤进行脉冲涡流平安检测。主要针对飞机钾接结构钾 钉周围裂纹检测设计了差分探头，并且利用有限元进行仿真，实验结果和仿真分 析吻合良好口。在此基础上设计了 8通道对对称式阵列探头，对钾钉周围不同 大小和方向裂纹进行有限元仿真，给检测来的信号进行频域分析，选用了 PCA 分析法来鉴别裂纹缺陷信号。实验结果证明该PEC-PCA结合能够有效的实现钾 钉周围裂纹的检测351。2 .美国学者Buzz Wincheski在飞机多层钏接结构缺陷检测研究中，针对钾钉 周围滋生裂纹检
31、测设计了一种自归零式传感器，该探头采用传统圆形线圈作为激 励，将其置于杯状导磁体内部，不同的是采用了一种新型导磁体材料，使得激励 磁场在多层结构中的渗透深度大大增加。该传感器采用了一种SDT （自旋式磁 隧道效应）磁传感器来直接测量磁场，该磁传感芯片灵敏度高、温度稳定系好， 有利于微弱磁场的测量。他还对多层结构钾钉周围裂纹检测做了仿真分析，仿真 结果说明该探头该传感器结构能够很好的聚焦磁场，减缓磁场在被测样件内的衰 减速率从而增强了传感器对深层缺陷的检测能力。采用实验与仿真相结合的方法 证明了该传感器在多层钾接结构裂纹检测中的实用性。3 .美国Michigan State University
32、学者G Yang和曾志伟等人在解决飞机多层 钏接结果钾钉周围裂纹检测方面做了大量的工作，他们设计了一套以GMR磁传 感器为基础的脉冲涡流检测系统。在探头设计上，他们采用了一种双激励聚焦结 构线圈作为激励，该激励能够在检测试块上产生局部均匀的瞬态感应涡流，对裂 纹缺陷较为敏感。在信号处理方法上，分析带缺陷钾钉周围不同位置检测信号的 能量谱来确定缺陷的存在。在解决探头提离问题上，他们采用了数理统计中的不 变形模式识别方法对裂纹缺陷和因探头提离而产生的干扰信号进行区分，大量实 验结果说明该方法行之有效DM。并且就钾钉材料分别为铝和钢做了仿真分析， 比照了两种材料下钾钉周围磁场及涡流的分布，仿真和实验
33、说明钢材料钾钉周围 滋生裂纹检测难度要大于铝材料钾钉周围裂纹检测。为了解决这一问题，他们不 同于以往的检测单方向磁场方法，通过测量裂纹上方三个方向的空间磁场变化并 且利用图像融合技术，实现了钢结构钾钉周围微小裂纹的检测“脉冲涡流国内研究现状1 .徐平，罗飞路等人对飞机多层金属结构里的腐蚀缺陷脉冲涡流检测技术 的研究。由于飞机的机身蒙皮和机翼壁板通常情况都采用多层铝合金复合结 构，然而腐蚀缺陷一般会出现在多层结构的第二层上，所以不容易被我们发现， 危害很大。进而他们对这一现象做了一系列的研究，用脉冲涡流检测技术检测飞 机多层结构中的腐蚀缺陷，他们做了一整套完整的检测系统去检飞机多层金属的 腐蚀，
34、其中就包括了检测所需要的脉冲检测传感器，他们做的传感器模块由一个 矩形的激励线圈和一个空心圆柱形的检测线圈两局部组成的，给激励线圈一个方 波信号使得激励线圈在工件外表产生涡流，将检测线圈放置在激励线圈底面中心 点的部位，从而可以检测涡流场的变化。2 .杨宾峰，罗飞路等在脉冲涡流在飞机钾接结构无损检测中的应用研究口文 杨、罗等人用霍尔传感器当做磁场测量器件。进而对钾钉周围呈现的裂纹缺陷进 行测量,就可以知道缺陷在什么位置有多大以及他们和检测特征量之间有什么联 系,要试验证明脉冲涡流是一种有效的检测飞机钾接结构缺陷的方法。他们使用 脉冲泯流技术对飞机钏接部位处发生的裂纹缺陷进行了检测，从实验得到的
35、数 据分析看，磁场变化量的最大值时间主要受裂纹深度的影响，所以，就可以按照 最大值时间作为特征量对深度进行测量。在缺陷深度一定的情况下，磁场变化量 的最大值主要受裂纹长度的影响，这时,可以提取最大值为特征量对裂纹的长度 进行定量“久研究内容及实验内容1.3.1 研究内容.设计并制作脉冲涡流检测用到的多层金属结构试块。1 .设计并制作一系列检测钾钉孔周裂纹脉冲涡流检测传感器。2 .通过大量实验对设计的传感器各项参数进行优化选择。3 .用MATLAB软件对信号进行降噪。1.3.2 实验内容根据这次试验传感器的检测结果进行分析，并作比照处理，以到达传感 器优化的目标，步骤如下：1 .查阅国内外文献，
36、分析国内外加钉孔周裂纹脉冲涡流检测传感器的设计 及信号处理方法。2 .制作实验要用到的脉冲涡流检测飞机多层金属钏接试块。3 .设计并制作一系列的钾钉孔周裂纹脉冲涡流检测用的传感器。4 .对传感器进行测试，并利用测试数据对传感器参数进行优化，给出探头 优化设计的几个参数。5 .通过实验的检测系统去获得我们需要的信息，并把获得来的信号进行消噪处理，结合软件进行数据分析和处理。1.4 研究目标及特色目标1 .针对飞机斜钉孔周裂纹检测设计相应的脉冲涡流探头。2 .通过大量实验，对探头参数进行优化设计，以提高探头的检测灵敏度。特色根据查找的国内外相关资料可看出本次我们研究的主要特色是：飞机多层钾 接结构
37、钾钉孔周裂纹检测一直是一个热点也是难点问题，综合国内外飞机多层钾 接结构孔周裂纹检测方法研究，设计相应脉冲泯流检测探头，通过大量实验对探 头各项参数进行优化，以提高探头的检测灵敏度，从而实现对飞机钏钉孔周裂纹 很好的检测。2脉冲涡流检测的理论基础涡流检测原理涡流检测是以电磁感应原理为基础的无损检测方法。它的基本原理是：当载 有交变电流的试验线圈靠近导体试件时，线圈产生的交变磁场会在导体中感生出 涡流。涡流的大小、相位及流动形式受到试件性能及有无缺陷的影响，而涡流的 反作用磁场又使线圈的阻抗发生变化，如图2.1所示。2.1 脉冲涡流检测原理脉冲涡流检测是将脉冲激励信号施加在激励线圈两端，感生出一
38、次磁场，磁 场在试件内部感生涡流场，涡流场在试件内部又感生二次磁场，通过对一次磁场 和二次磁场的叠加大小和磁场的变化来获得被检件内部信息，下面是脉冲涡流检 测过程示意图2.2,其相对于我们传统涡流检测用到的正弦激励信号，脉冲激励 信号包含更宽的频谱，可以展开很多频率的正弦分量，因此，一次脉冲涡流检测 相当于许多个不同频率的传统涡流检测的叠加体，这样不止节约了时间而且提高 了检测精度。电流激励之所以要比电压激励好是因为感应磁场与激励线圈中电流 成正比，而不是与电压成正比，并且激励线圈中电流不会随线圈阻抗的变化而发 生变化。脉冲涡流检测的脉冲信号如图2.3所示。脉冲信号激励线圈电磁. 感应次磁场电
39、磁感应电磁. 感应二次磁场检测线圈瞬时感应图2.2脉冲涡流检测的过程ff(t)由丁丁口一一二 1II【图2.3脉冲激励信号2.2 脉冲涡流检测对飞机狮钉孔周裂纹的作用原理用一定占空比的方波信号作为脉冲涡流检测中脉冲激励，将这个激励连接在 线圈的两个端口，产生一个衰减速度相当快的脉冲激励磁场，由于磁场的变化就 会在我们要检测的工件内部形成一个涡流场，这个涡流场进而感应出一个瞬间衰 减的涡流磁场出来，如果要检测的钾钉孔周边存在缺陷时，缺陷附近分布的涡流 就会发生改变，就会影响到涡流磁场分布。这时脉冲涡流传感器的检测线圈或者 磁敏传感器通过测量瞬态感应电压信号的变化量来间接反映试块中磁场的变化 情况
40、，获取缺陷信息。一些比拟深层缺陷的检测，一般脉冲涡流选用TMR传感 器来直接测量磁场垂直分量。寻找参考点后，得到参考信号，在移动传感器得出 另一个信号，对两者进行差分处理，在无缺陷处的信号幅值为零，在有缺陷处将 有一个差分值，这个差分的幅值大小和差分分布与缺陷的尺寸和位置有关。脉冲 涡流探头检测示意图2.4。图2.4脉冲涡流探头检测示意图3检测系统的设计3.1检测系统的结构本次毕设所用的检测系统主要由四个局部构成，分别是：脉冲信号发生器、 被检试块、传感器（TMR传感器和激励线圈）、采集系统与调理模块，实物图如 3.1所示，其系统框图和简示图分别如图3.2和3.3所示。图3.1检测系统实物图图3.2脉冲涡流检测系统图