外文翻译-瞬态涡流——他们留在这里吗

XX大学毕业设计文献翻译与原文题目： 管道缺陷的脉冲远场涡流检测研究 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 四 月 2004年罗伊夏普奖讲座瞬态涡流他们留在这里吗? D J Harrison 瞬态涡流检验的细节在十年前首次发布,然而思想导致这种技术可以追溯到更早，是以基础性研究为涡流成像方案的想法。分拆该程 序创造了一些发展中的涡流技术，强调以理论研究为基础深入实际检验问题在解决困难时起到了重要作用。 瞬态涡流检验的概念发展在这里回顾和评估,以确定该技术是否有可能对无损评价(NDE)有重大贡献。1.介绍 本文的第一个目标是看涡流检验的最基本形式的物理学的领域,并建立一个总体框架,所有涡流方法都适合。 在这一框架中,我们可以看看实用检验技术已经开发和适应的框架。接下来,讨论了现代科技的影响显示存在的潜在开发新的和改进的涡流检测方法。 最后,讨论了瞬态涡流检测的发展;它显示了如何使用现代技术提高检查地下缺陷的效率。2.涡流检测-广义框架 这里给出了涡流电场的响应通过导线传播。讨论了泛型类型的测量,可用的信息,以及如何提取和解释原则。1. 区域和传播 内导体，解决麦克斯韦方程导致行波的解决方案。换句话说，电磁干扰会传播通过带有特征速度和衰减的导体。它在原理上与近程雷达非常相似。2.3. 检查过程 这包括在导电结构表面建立的电场分布。(（请注意，电场是源函数涡流而磁场和静磁场不会引起涡流）。在图1中的空气源的电场矢量，E是空间x和时间t的函数。涡流分布由源电场在表面处确定：Es。电场然后传播到该结构产生的涡流在其行进。 如果该领域的一部分，遇到一个不连续的电导率或磁导率变化，如图与试样的几何形状和缺陷有关，散射发生（因为这是一个行波散射过程，形式主义适用）的散射场的部分传播回表面，它可以测量（见图2）。值得注意的是，散射也发生的焦耳热引起的能量耗散的结果。这是一种有效的分散。散射发生在几乎所有的东西;关键是要分离和鉴定与缺陷相关的部分。鉴于测量可以仅在表面进行，以测量的最简单的组成部分是磁场。为了解释这一点，无论是校准是必要的，或理论模型的散射场涉及到一个特定的几何参数。一些缺陷，如层之间的腐蚀，可以在变化的几何参数计算直接确定，但如局部裂纹的缺陷，不能直接测量;他们的存在必须从几何参数的异常行为来推断。 场源线圈几乎总是用来产生在空气中的电场，目的是用于产生在金属结构中的涡流，尽管一个移动或振动永磁原则上可以用。在空气中,线圈产生磁场,直接与线圈电流成正比。如果当前,因此磁场,然后创建一个电场,变化的时间导数有关线圈电流的磁场。因此谐波电流会产生相移谐波电场,脉冲电流将产生一系列的双极脉冲电场,和一个方波电流将产生一系列的单极与交变电场脉冲。考虑内容的三个作用:频率谐波激励生成只有一个频率,脉冲激发生成主要高频率和往往是作为一个简单的方法在高频率产生涡流,方波激励产生的宽带电场频率。 还要注意激发和传播过程在时间域。 这有时会忽视很多检验方法展示他们的结果在频域。有一个线圈的大小和空间分辨率之间的妥协,尤其是在coil-impedance方法相同的线圈用于传输和接收。大线圈(低空间频率)需要穿透深入但大线圈结构导致可怜的空间分辨率。磁场传感器 作为场源，传感器线圈的线圈一般，但不测量磁场；他们测量磁链变化率。这是一个利用高频（近地表）的应用中，这一变化率是很高的，但是是一个缺点，当低频率需要提供一个良好的穿透深度。 一个现代的替代线圈传感器是固态磁场传感器测量磁场下的直流的使用，如霍尔器件，磁电阻（MR）和巨磁电阻（GMR）传感器，磁强计 1 或。这有几个优点：1. 1.小尺寸高分辨率2. 2.良好的频率响应直流3. 3.可以在数组中制造4. 矢量测量越来越有必要检查复杂的结构的几何参数可以引起涡流反应不能假定保持不变。 简单的涡流当前的方法,只能让一个测量必须假定所有几何参数保持不变,除了一个被测量。在许多测量场景中这并不是真的和几何参数可以改变在可接受公差,从而导致测量的误解。 在图4所示的示例是腐蚀的检查在2层结构。 一个涡流测量可以通过发射变化影响,顶板厚度、厚度、底板厚度的差距。唯一的办法是制定的多参数模型检验,使多个独立测量,以确定,从而消除不必要的参数的变化。反演向量可以用来表示的测量和几何参数。目的是将测量向量y为相应的参数向量P，不幸的是他们是由一个非线性矩阵方程（见公式1）。 y=M(p)p .(1)然而，这通常可以化以来，在大多数的涡流检测的问题，只有很小的变化发生在参数。在这些情况下，系统矩阵M可以保持基本不变的问题减少到反相线性矩阵方程（见公式2）。 Dy=M0Dp .(2)为了反演方程有必要知道系统矩阵M0。这只能通过校准或校准模型发现，但很少是实用的自校准试样，将每个参数的需要和不同的试样几何形状。唯一可行的办法是使用建模之前尽可能。扫描使用手持探针与传统涡流检测,数据不稳定,最后只要检查员能记住。 然而,如果数据可以收集并存储在探针在样品表面扫描,然后一个二维标量图像无损检测(通常称为C-scan)可以形成并显示。 而反转可用于从磁场原理来确定几何参数测量,一个二维空间的图像中包含的信息是新的和不同的东西。一般来说,标本太大的复杂性考虑造型或反转整个标本,但通过创建一个图像的适当参数,测量的空间分布信息是可用的。 原则上可以分析使用的图像模式识别技术但主要可以采取直接的好处是利用人眼和大脑的能力来评估这种类型的图像。考虑图像如图5所示,每个人总是挑出蓝色的补丁也和一些评论大圆形区域(腐蚀和大型螺栓),但没有人评论小圆圈(紧固件)的常规数组,因为大脑无视他们由于对称。 没有必要让人们知道形象代表,结果总是相同的。 大脑展品“对称的期望”,只有对称侵犯和障碍对对称的背景。 缺陷通常与某种类型的对称违反有关,这就是为什么目视检查的图像是一个强大的技术。域涡流检测本质上是基于励磁的发生在时间域;它是一个实时的过程。然而,因为许多实用工具利用谐波(连续单纵模)励磁频率的测量通常表示为一个函数,即在频域。虽然这是司空见惯的,但不一定总是合适。测量可以在时间和频率域地表示,因为他们由傅里叶变换相关,所以每个域相同的信息是可用的。事实上,同步解调,常用来处理测量谐波激励,实际上是一个硬件傅里叶变换器。虽然在每个域的信息是相同的,可以方便地分析和解释。某些类型的检查、分析和报告的结果是更容易实现在时间域。例如,雷达和声纳的反应不会那样有效的或容易解释如果结果显示在频域！3. 实用技术的进化在这种背景下非常普遍的检验、流行技术的发展探讨了适合他们的地方。可以定义所有涡流技术的一些特征和安装到全面框架。检验技术的定义是什么?技术的最重要的特性是探测器,它体现了电场和磁场传感器来源。 其他功能是激发场的时间依赖性,测量的类型,和他们进行了分析和介绍。这些特性完全指定的检验方法。例如,coil-impedance方法的特点是:场源和场传感器相同的线圈,谐波激励,测量并显示在一个复杂的矢量阻抗平面。通过考虑这些特性相结合的方法,可以设想许多不同的技术。他们中的大多数是无关紧要的或无效,但有时,有用的新技术或方法的分析可以突出显示。例如,通过了解究竟发生了什么事,多参数分析和建模的重要性可以欣赏。原则上,涡流检测技术的发展是有限的可用性解决方案的科学和技术问题。然而,在实践中,它最终是由需要降低检验成本。在很多种情况下,技术上有可能开发一个解决方案,一个检查问题,但这样做的成本将大于经济利益。此类解决方案然后才开发其他因素,如需要安全或避免昂贵的替代计划,带来增加感知金融解决方案的价值。基于仪器仪表最早的涡流仪器是一种只有一个参数可以显示。这可能只是线圈阻抗的大小,或者在更高级的仪器,升空补偿可以包括在内。这种类型的仪器,它假设所有其他参数保持不变在整个测量,检测surface-breaking裂缝尤为有效。这种类型的仪器仍在运行,但在很大程度上被取代。阻抗平面工具阻抗平面仪器仍然测量线圈阻抗的方法显著提高分析和显示。由于线圈阻抗是由复数表示,可以使两个独立的测量,通常的真实和想象的成分复杂的阻抗。复数阻抗的轨迹显示在一个阻抗平面显示这样的规模和阶段小线圈阻抗的变化清晰可见。一个参数通常用来识别主要探测发射信号从而留下一个自由参数来表示几何测量。在实践中,如果控制发射,相当多的信息可以从变化的阶段和轨迹跟踪的形状在屏幕上。一般来说,这些工具是计算机和数据可以上传到电脑,这样就可以显示为区域扫描。然而,正如之前,它必须假定所有其他几何参数保持不变。多频测量为了克服要求所有的几何参数保持不变的区域检查,介绍了多频方法。测量线圈的阻抗是由几家同时频率。作为一个复杂的阻抗可以在每个频率计算,可用独立测量的数量等于频率数量的两倍。原则上,这些测量可以用来评估,无趣的几何参数这些变化的影响在可接受结构公差,因此不是结构意义重大。因此可以隔离信号由于感兴趣的参数的变化,这些缺陷。然而,如在前面部分反转,测量和几何参数之间的关系是非常复杂的,需要一个复杂的矩阵方程的解决方案。没有多少人能做到这一点在他们的头,和这种复杂性正是目前很少建议如何使用这些工具在一个有效的或最优的方式。因此它们的潜力还没有完全发挥出来。4. 技术进步的影响在过去的几十年里已经有了巨大的计算机技术的进步,电子产品和集成电路,以及涡流理论,在某种程度上,现在可以进行实时测量和分析,在工具层面,原本需要大型机计算机和广泛的实验室设备。涡流检查目前的情况是ideas-limited而不是科技有限公司。在很大程度上,这种技术的存在是为了解决许多问题,考虑到资金和资源可用。这里给出一些例子来说明发展现在可行的类型。研究的作用无损检测技术的进展，由于之间的无损检测用户的交互，设备厂商和研发机构，虽然它并不总是很清楚是谁驾驶的过程。立法，和降低成本的需要，除其他事项外，从最终用户的新要求的结果。同时，制造商可以开发设备，进行了一个更具成本效益的方式存在的任务。很明显,研发提供了一个重要角色在发展中新的方法和技术。由于高昂的研发成本应该由政府机构或运营商;成本太大,设备制造商吸收和利益对他们来说太小了,尽管政府坚持认为,如果行业需要研究,它将支持它。 如果需要新的和改进的技术,造福社会,那么他们必须由监护人我们社会的“生活质量”政府。计算机、传感器和集成电路低功率高密度集成电子学和显示设备的发展使得建设紧凑的仪器,将曾经的复杂性需要一屋子的设备。例如,多频仪器包含多个发电机和同步解调信号。在模拟和数字电子设计相应的改进导致测量被更大的灵敏度和信噪比。更令人印象深刻的是计算机和微处理器的发展。 现在可以解决问题在一个基于微处理器的系统,数值分析和计算之前需要一个大型计算机。涡流检查这是重大的后果,从而能够进行建模和先进的分析检测仪器内部的实时或近实时的,从而减少后处理的必要性。由于他们的基本简单，线圈阻抗方法为主的涡流检验；直到最近，磁场几乎总是使用一个线圈测量。然而，小的发展，敏感的固态磁场传感器开始对涡流检测方法的影响，特别是对地下特征的检测需要测量相对缓慢变化的领域。传感器阵列许多有用的固态磁场传感器的特点是,他们通常可以捏造一个数组的形式。一个主要问题是时间成本大面积检查;探测器包含多个传感器的形式均匀阵列可以大大减少检查时间。 除了加快扫描,阵列探测器可用于更复杂的模式一个阵列探测器捕获图像。 模式识别技术可以用来区分图像,从而提高技术来识别缺陷的能力和特定的空间特征。材料科学和制造技术的进步使得传感器阵列包括印刷线圈制作在柔性衬底上,以便符合曲面。模型增强检查复杂的检验问题涉及多个测量和几何参数表现出合理的变化,测量和参数变化相关的矩阵方程难以转化直观方程式1和2(见上图)。正如前面所讨论的那样,校准是不可取的因为需要校准标本的数量为每个不同类型的检验和结构。然而,对于许多标本,如那些基于分层结构,检验过程可以准确地通过一个二维模型来表示。模型可以用来计算系统矩阵(M0从方程(2)相关的几何参数测量,从而可以计算参数变化的测量变化。这里的基本哲学是利用所有可用的信息通过封装模型。 大多数检测方法忽略信息,如标本几何、材料特性和电磁理论,但所有这些信息可以帮助最大化可以估计参数值的准确性。这个概念是图7所示的多频检测。传统的仪器连接到PC，测量数据可上传至PC仪器设置，可以控制通过PC机上的所有已知信息对样品和探针的特点是进入PC上的应用程序，然后运行模型的背景。该仪器可以在常规的方式经营的运营，而PC计算模型和表现增强的结果。优化模型增强的相关优点是潜力优化仪器设置,以减少可能的错误计算参数。 考虑标本的检验与几何参数升空,顶板厚度、间隙厚度、底板厚度,如图4所示。 这些参数可以使用两个频率原则上确定。 可能错误的每个参数的值取决于设置在这种情况下,两个频率。 选择错误的值会导致大的错误。 多参数系统很难直观地最佳频率。 例如,图8所示的图表说明了可能的底板厚度误差取决于频率越低。 很容易出错。 (这是一个模拟)。 当你考虑所有的参数和的设置问题是一个多维最优化。 在模型增强的情况下,可以使用这个模型。 5. 瞬态涡流检验起源瞬态涡流检验最初开发检查2层裂缝在紧固件安装在飞机结构(参见图9)1。表面压痕的紧固件头部给出虚假的结果,在表面上,有一个相对较大的涡流反应,可能会干扰的反应真正的裂缝。因为新兴市场领域存在作为导体,旅行波生成电场脉冲的想法出现,进入结构和分散的表面特征。通过类比雷达、田野等表面特征的缺口将是第一个返回(及时),而字段从地下2层裂缝等特性会花费更长的时间来恢复由于传播的更远的距离。测量结果的总瞬态场的表面和初始部分(包含主要表面特征信息)是封闭的。瞬态的剩余部分主要包含信息从下面的表面及其积分是一个很好的表示地下的缺陷。有一个类比的表面在雷达杂波。很明显2,更多信息可以从涡流瞬变这个领导,几年后,第一个原型扫描系统瞬态涡流。在时域选通所产生的电场脉冲可以导致线圈通过的电流阶跃变化。表面的瞬态磁场响应包含分散字段来自所有深处,见图10。接近表面的字段是分散的,越早他们回到表面和瞬态他们早些时候出现。因此表面特征的影响发生在过渡的开始,通过施加一个门,忽略了早期瞬态的一部分,大部分的表面缺陷被丢弃的相关信息。 剩下的瞬态可以被集成的一部分。涡流罐这些原则首次被封装在涡流罐仪器(后来称为NORTEC 30 EDDYSCAN商业化,斯塔维利无损检测有限公司),它使用一个旋转探针来检测裂缝在紧固件(参见图11)。圆柱形线圈用于生成电场脉冲,但一个小厅设备用作磁场传感器。这是偏心安装,探针旋转,霍尔传感器跟踪一个简单的循环扫描周围的边缘紧固件。如果裂纹存在,分散传感器通过磁场变化。这是一个简单的一维扫描,可以使用简单的模式识别分析技术来识别裂缝的存在。为了使紧固件的轴的旋转探头,出现的异常的信号分析,用于生成一个集中显示。涡流成像涡流罐的两个特性,即空间图像的分析和多维测量(在这种情况下,在时间域,但同样适用于频率域)导致了信仰,大量的信息可以从涡流测量只要是理解如何分析它们。这导致一个长期项目的基本研究涡流成像基于张量格林函数的使用方法。通过进行扫描测量结构和测量瞬态或每一点多频测量,三维数据可以被捕捉到。如果基础理论描述几何特性和事件之间的交互EM领域充分了解然后可以转化数据构建一个三维图像的内部结构。虽然这计划很理论,最终目标总是提高实际涡流检测方法的有效性。 该方法获得的信息从这个项目帮助发展中实际瞬态涡流检查。6.瞬态涡流检验特性瞬态涡流检测的特点是两个基本特征;激励是通过电场脉冲在时域和测量使用霍尔传感器。已经开发和优化主要针对地下缺陷的检查。 这种方法已经在扫描系统中实现。方波电流励磁 线性系统的特征,可以应对的冲动和涡流系统也不例外。 激动人心的冲动和测量系统的响应(脉冲响应函数)可以聚集在一个测量的所有信息(这部分是因为冲动是一种宽带功能和包含所有频率。这是最终的多频测量)。电场脉冲可以通过生成步骤改变线圈中的电流。通过激动人心的方波电流(过滤)的电场脉冲序列生成与交替极性(参见图12)。这些脉冲传播的标本,几何特征可以分散部分他们的表面磁性组件测量作为时间的函数。这些瞬变脉冲响应函数的结构和包含所有可用信息的探针在那个位置。霍尔效应传感器霍尔传感器有一个小活动区域,因此优秀的空间分辨率;他们是敏感组件垂直磁场和有一个线性响应。因此,他们非常适合测量慢慢改变字段或低频率。这是与线圈相比,测量磁链的变化速度,因此有一个减少响应在低频率。霍尔传感器有额外的优势,他们可以捏造以数组形式可以包括解码电路的衬底。TRECSCANTRECSCAN是一个涡流检测系统,体现了上述原则。在其最简单的形式调查由一个axi-symmetric线圈与霍尔传感器安装在轴-见图13。 测量显示瞬变稀薄的空气间隙,不同深度的表面下图14。这说明了形状和延迟的变化发生。几个瞬变的正常化的在图14中,强调短暂的延迟取决于旅行的距离。一般从不同深度测量瞬态将包括几个瞬变,因此不同的形状(图15)复合瞬态的分析和解释这种类型的是瞬态涡流检测的基本主题。每个瞬态可以包含很多个人测量的目的,对于存储和显示有必要代表的瞬态值样本点的数量或时间片(图15)。 在每个时间片二维标量图像可以形成和图16中的两张图片说明了散射场的发展。 图像在时间片0只包含信息从表面,呈现出一种几乎视觉形象的标本。 时间片4包含的图像信息,有时间传播从水面以下,表示一个地区的腐蚀和腐蚀的地方已经混合在一个单层部分。瞬变的优点瞬态涡流检测是专门为深层缺陷的检测和描述潜在的复杂的结构。 它不是为例,旨在与线圈阻抗检测表面裂纹的方法。通过不同场源和传感器,一个大型线圈可以用来给最大渗透而小传感器不牺牲分辨率。利用霍尔传感器运行的直流,慢慢改变字段可以测量比线圈。 因为最终基于方波激励,信号生成和处理非常简单而多频系统。通过使用时域处理、发射和边缘效应可以弥补。利用理论模拟的结果,可以区分缺陷板变薄等腐蚀和结构的影响。 所有这一切在频域处理更加困难。语义脉冲或瞬态？瞬态涡流检查有时被称为脉冲涡流(特别是在北美)。而在TRECSCAN线圈电流阶跃函数过滤,源确实是脉冲电场;它是一个可以自由配置通过改变输入函数和线圈电流的功能。涡流分布是一个响应函数,不能直接配置或者脉冲。它有一个瞬态响应脉冲输入,因此术语“瞬态涡流”。虽然这看起来可能有点迂腐的区别,它避免了任何潜在的混乱的线圈电流本身就是脉冲的形状。7. 瞬态涡流检测潜力为了说明瞬态涡流检测的潜力,提出了两个例子,初步研究表明,这一技术是有利的。在分层的铝合金腐蚀结构的描述腐蚀检测和描述的分层结构是一种常见的航空检查问题。一个典型的场景如图17所示。结构组成的三层可以发展出腐蚀或两层间的差距从而增加有效厚度的差距。知道在哪个界面往往是很重要的腐蚀的存在。这个问题可以使用model-enhancement接近的多频数据正如前面所讨论的,但一个更直观的表述问题的可以在时间域。假设板厚度大约知道,瞬变特征,源于个人每个4控制参数的变化,升空,上气隙,下气隙和底部表面的位置可以使用二维模型计算。随着探测器在试样的表面移动,测量瞬态将包括这四个瞬态的振幅的组合反映了震级的变化相关联的参数。如果测量瞬态可以分解成一笔然后这些瞬变特征参数变化的大小,因此可以计算出腐蚀的深度剖面。因为板块的确切厚度并不总是知道,津贴可以提出不确定性在层间间隙的位置代表的差距的窄带特性瞬变从一个位置,以便正确的传播总是存在(图18)。瞬态函数的乐队可以安装使用奇异值分解测量瞬态。铁磁结构的检验涡流检测是一个标准的技术检测小铁磁钢表面裂缝,它很少被用来检查钢结构的内部。 这是由于高导磁率的这些材料电磁领域的高度减毒,导致小皮肤深度。解决这个问题的唯一方法是使用非常大的线圈(低空间频率)和时间驱动频率非常低。 正如上面所讨论的,coil-based方法并不适合这种类型的深穿透问题。 产生了一些有效的工具但由于线圈的大小,他们非常小的空间分辨率。瞬态涡流检查与霍尔传感器是专门为这种类型的场景(见图19)和已应用于测量板的厚度,因此在钢结构腐蚀使用系统称为TrecGauge。 TrecGauge是一个瞬态涡流原型系统设计测量铁磁钢板的厚度通过一层绝缘。 结果独立于升空(绝缘厚度)变化和表面腐蚀可以检测到通过有效厚度损失的原因。分析是基于校准,而不是基于模型,由于探测器的复杂性,它必须对曲面进行操作。因为表示厚度取决于电导率和磁导率,校准必须使用相同的材料规格测试结构(这适用于所有涡流方法对钢铁)。然而,最近的检查过程的时域分析表明它应该可以测量板厚度以这样一种方式,它是独立于被测结构的电导率和磁导率。8. 结论从一个广泛的研究计划在涡流无损检测中，它有可能提出一个通用的框架，可以应用到广泛的涡流无损检测中的应用。所有的涡流技术可以在多个特征定义和安装到广义框架。在回顾了最近的技术进步的影响，一些特定的瞬态涡流检查已与它们相关的衍生技术eddiscan从紧固件孔裂纹问题，trecscan裂缝和多层航空航天结构的腐蚀，在绝缘层的腐蚀钢trecgauge。除了这些，还有电涡流检测尚未被运用在瞬态涡流的潜在优势，充分发掘许多应用方面。鉴于这一事实，最近成功地掺入trecscan成商业扫描仪如波音莫斯系统，它似乎很安全的预测，瞬态涡流将停留在无损检测界几十年来。参考文献1. D J Harrison, Progress in the detection of cracks under installed fasteners using eddy currents. AGARD Conference Proceedings No 462, Impact of Emerging NDE/NDI Methods on Aircraft Design Manufacture and Maintenance, Brussels, (1989).2. D J Harrison, Eddy-current inspection using Hall sensors and transient excitation, Defence Research Agency Technical Report DRA/SMC/TR941008, DRA Farnborough, UK, (1994).3. D J Harrison, in Nondestructive Testing of Materials, Studies in Applied Elec