外文翻译-脉冲涡流在飞机铆接结构缺陷检测中的应用

XX大学毕业设计文献翻译与原文 题目：脉冲涡流在飞机铆接结构缺陷检测中的应用 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 脉冲涡流在飞机铆接结构缺陷检测中的应用Yunze Hen, Feilu Luo, Mengchun Pan, Feibing Weng, Xiangchao Hu, Junzhe Gao, Bo Liu摘要：脉冲涡流技术是一种飞机多层铆接结构中裂纹定量检测的有效方法。老龄化飞机铆接结构裂纹检测是一个难点问题。在脉冲涡流检测理论分析的基础上，设计了三种不同的探头，包括一种霍尔差分探头，线圈式差动探头，和一种双级差动线圈探头用以检测这种缺陷。平均法和小波分析法被用于霍尔传感器信号的消噪处理。在时域分析中，通过提取检测信号峰值和过零点作为特征量，铆钉结构的缺陷可以有效地被检测。实验结果表明，该差动式线圈探头检测效果与差分霍尔探头相当。双级差分探头能够有效的检测铆接结构中第三层与第四层之间的缺陷。脉冲涡流检测技术在航空无损检测领域应用前景广阔。1.介绍第二个层缺陷的检测和缺陷隐藏在铆钉结构已被确认为航空无损检测面临的主要问题。传统的超声波，涡流射线方法可以检测第一层的缺陷。然而，这些方法来很难检测第二层缺陷。脉冲涡流无损检测是近年来发展新技术，这是一个有效的方法，被证明可以量化缺陷在多层结构 13。相比之下，传统的涡流技术与单一的正弦激励，脉冲涡流技术采用脉冲激励为特征频率，丰富了频率4。在此外，脉冲涡流技术可以最大限度地降低功耗，这使便携式仪器发展更有广阔的前景5。Rose JH 等人描述在腐蚀特性机搭接头为空芯和铁素体核心脉冲涡流探头与线圈6。Giguere S等阐明采用脉冲涡流测试三个特点为缺陷定量以及例证他们的应用7。Sophian A提出了一种新类型的脉冲涡流传感器用来检测飞机搭接结构缺陷8。Tian GY等。提出一个新特点称为上升点提升去鉴定不同类型的缺陷和提离。他的好处例如独立线圈和能评估缺陷的深度，无论类型或形状9。Zeng ZW等。提出了麦克斯韦方程的三维有限元模型的磁光/涡流成像（MOI）操作，这是用与的检测表层和表层以下裂纹铆钉部位数值模拟10。Li S等。他介绍了脉冲涡流检测噪声抑制中差分探头的发展11。在所有这些研究中,驱动线圈是由重复脉冲激动和响应信号与不同的传感器测量,这可能是驱动线圈,另一个线圈,或霍尔传感器。然而,差动线圈探测器和两级差动探测没有提出检测机体缺陷铆接结构。本文的主要目的是检测机身铆钉结构的缺陷。首先,介绍了脉冲涡流原理在第二节。接下来,提出了三种微分探针和设计在第三节和第四节中详细给出了脉冲涡流检测系统。然后,实验结果和讨论部分5所示。最后,第六节中列出结论和进一步的工作。2. 脉冲涡流原理脉冲涡流探头激发了重复的宽带脉冲。由于宽带频谱中产生一个脉冲，响应信号包含缺陷的重要信息12。典型特征,如峰值振幅和零交点时间被用来检测和特征的缺陷13,14。关键特性(峰值振幅和零交点)响应信号的时域图2所示。在实验中,发现检测信号的峰值振幅是相对于缺陷体积和零交点时间与缺陷深度有密切的关系。准确来说，响应信号振幅的增加伴随着缺陷数量以及更深层缺陷的增加导致较短的过零时间。根据这一原则，在脉冲涡流响应信号时域中进行分析，以检测在铆钉结构的缺陷。3. 探头设计 差分探头的基本原理是减去缺陷信号与参考信号可能响应当探针在大多数情况下无缺陷的材料，或反应的探针在空气中11。根据传感器的差异，三种差分探头的呈现和设计如下。3.1差分霍尔探头脉冲涡流检测，霍尔效应传感器可用于测量磁场的信号，例如，在Tian GY的研究4,9,15。如图1，在笔者的研究中，差分探头霍尔由一个励磁线圈和两个霍尔效应传感器UGN3503。激励线圈被气缸卷绕由铜线和匝数为400的内直径，外直径和励磁线圈的高度为18，22和10毫米。铜线的直径为0.2 mm.Two霍尔效应传感器位于轴对称地在所述励磁线圈的底部和差动连接。在实验中，将励磁线圈是由重复宽带脉冲激发而产生在试样涡流。当霍尔效应传感器1是在缺陷区域在标本中，它输出所造成的缺陷改变的电压信号，而在无裂缝的材料的另一霍尔效应传感器输出的固有电压信号。因此，该缺陷会导致在差分霍尔探头，它是两个电压信号减法的差分输出信号的显着变化。 图1.差分霍尔探头3.2 差分探头线圈 类似与差分霍尔探头，该差动线圈探头包括一个励磁线圈和两个拾取线圈，其示于图2（a）。形状和所述励磁线圈的参数是相同的，以这些在差分霍尔探头的励磁线圈。两个拾取线圈在励磁线圈的底部位于轴对称和差动连接。内径拾取线圈，外径和高度are1，6和2毫米。在拾波线圈中使用铜金属丝的直径为0.06毫米，圈数为800时的拾取线圈1是在缺陷区域在标本中，它输出所造成的缺陷的改变的电压信号，而另一个拾波向上线圈上无缺陷的材料输出的固有电压。因此，该缺陷会导致在所述差分信号中的变化。差动线圈的输出信号示于图图2（b）。 图2.差动线圈探头和差动信号 (a)差动式线圈的探针 (b)探头采集的差分信号3.3 两级差动线圈探头脉冲涡流测试的灵敏度和鲁棒性可以通过剥离效应，而变形缺陷信号受到严重阻碍，从而导致错误解释11。传统上，所述差分信号是直接从一个参考信号从一个无缺陷的样品和一个缺陷信号15的差值计算出来。为了抑制升空效果，探头的优化尝试。两级差动线圈探头的结构图3.显然，有两级差分探头在使用三个参考线圈。两级差动放大后获得的输出信号。第一阶段的目的是，减少剥离效应，而第二个中减去所述参考信号是对应与无缺陷的材料。 图3.两级差分探头的结构4. 实验系统实验系统的设计，以产生激发脉冲，并测量在样品受缺陷的响应信号。如图4，在此研究中使用的脉冲涡流实验系统由脉冲发生器，功率放大器，探头，试样，信号处理，数据采集模块和软件。在发生器模块，直接数字频率合成器（DDS）芯片AD7008用于产生激磁脉冲。AD7008直接数字合成芯片是一个数字控制振荡器采用32位相位累加器，一个12位的相位寄存器，正弦和余弦查阅表和一个10位D/ A转换器集成在单个芯片。功率放大器被用于增强激磁磁场。第3节中所提出的探针用于诱导的应答信号。响应信号被信号处理模块，它由PGA202和PGA203的扩增。然后，响应信号是通过与100千赫采样率数据采集模块采样。软件起着重要的作用，在脉冲涡流检测系统，这是由Microsoft Visual C + 6.0，结合Matlab的7.Modularized框架编程，采用以方便以后升级软件16。为了验证在第3节中提出的差分霍尔/线圈探针的性能，一些铝试样的剖视图5所示。不同尺寸的槽是由铆钉孔的表面和次表面的一侧加工的铝板为3毫米的厚度。两个板被捕获的铆钉和螺钉来模拟机体的多层铆钉结构固定。铆钉和螺钉的直径为3毫米。 图4.实验系统示意图图5.铆接结构示意图5. 结果与讨论5.1 差分霍尔探头三个缺陷与地下不同深度检测与差分霍尔探头。长宽高三个缺陷深度分别为101.51.2立方毫米，101.51.0立方毫米，101.50.8立方毫米。如图.6，励磁脉冲的幅度为10V，激发的重复率是100Hz并且负载比为50。在探针上旋转其绕铆钉轴的过程中，所述差分探头的霍尔响应信号进行采样的实时性。在同一时间，响应信号的峰值振幅点被提取并连接以形成峰值波。 图 6.脉冲激励原理图 引起的缺陷峰值波示于图7.水平坐标表示所述旋转角;垂直坐标表示峰波的幅度。图7（a）示出原始的结果。它可以看出，在霍尔响应信号是由未知噪声，这导致不准确的检测的缺陷的干扰。因此，平均化方法和小波去噪方法用于处理霍尔响应。小波分析是在信号处理一个相对较新的技术。背后小波分析的基本思想是根据规模来分析，因此既粗糙和数据信号的优良特性可以被探测17.分析是在时间和频率域中进行，而类似的和广泛使用的傅立叶分析只提供了一个频率方面。这种额外的能力使得小波分析适合于分析瞬态现象中的信号18。 图7（b）示出的数据处理后的结果。作为探针扫描过的缺陷，峰值波呈现出广阔的波峰。显然，具有缺陷，其宽度和长度保持恒定的深度的增加，峰的峰值增加清楚地，它提供了用于检测在铆钉结构的地下破缺陷的有效方法。 图 7. 缺陷峰扫描波 （a）原始扫描波形峰值 （b）处理之后的峰值5.2 差分探头线圈 基于已经在第2节中讨论的原则，时域响应信号进行分析，以获得的缺陷的信息。在实验中，峰值幅度和过零时间被提取并作为关键特性，以检测缺陷。三缺陷具有不同的深度和上表面相同的长度和宽度检测用差动线圈探头。长宽深度三个缺陷深度分别为80.81立方毫米，80.81.2立方毫米，80.81.4立方毫米。如图6，励磁脉冲的幅度为10V，激发的重复率是100Hz并且负载比为50。该实验的结果示于图8，水平坐标表示的扫描时间;垂直坐标表示的瞬态响应信号的振幅。如图图8（a），峰值振幅值涉及与缺陷的深度。显然，峰值振幅值的增加显然与缺陷，其宽度和长度保持恒定的深度的增加，这提供了一种有效的手段来评价surface-的深度破缺陷。如图图8（b）所示，过零时间只与缺陷深度，其宽度和长度保持不变，这也提供了一种有效的手段来评价表面断裂缺陷的深度。因此，我们可以评估在铆钉结构的表面断裂缺陷提取的峰值振幅响应信号和过零时间的深度。 图8.表面不同缺陷的主要特点 （a）峰值振幅 （b）过零时间5.3结果比较 为了比较的第3节中提出了两种差分探头的性能，具有不同的宽度和相同的长度和深度上表面3的缺陷被检测到与两个差分探头。长度宽度深度三个缺陷是80.61立方毫米，80.81立方毫米，81.01立方毫米。如图6，励磁脉冲的幅度为10V，激发的重复率是100Hz并且负载比为50。图9示出不同的差分探头的检测结果。图9（a）示出的差分霍尔探针的原始响应信号。霍尔响应信号是由噪声，这导致不准确的提取特征的干扰。因此，小波去噪方法用于消噪霍尔响应信号。图9（b）所示处理.FIG后，霍尔的响应信号。图9（c）示出了差动线圈响应信号。显然，差分探头线圈充当有效的差分霍尔探头在检测铆钉结构的缺陷。此外，线圈的响应信号就不需要复杂的数据处理，使线圈的成本较低。 图 9 表面不同的缺陷的瞬态响应信号 (a)最初的霍尔瞬态响应信号 (b)处理后霍尔的瞬态响应信号 (c)线圈的瞬态响应信号5.4 两级差动线圈探头 在检测的更深的缺陷，以验证在第3节，铝试件，其示意图示于图中提出的两级差分探头的性能。10设计。插槽，其长度，宽度和高度分别是10,1.5,1毫米，由铆钉孔的在第三铝板2毫米的厚度的底侧进行加工。第一和第二铝板的厚度为1毫米。第四铝板的厚度为1.5毫米。这些铝板被捕获的铆钉和螺丝固定在模拟飞机铆钉结构。在该实验中，激发脉冲的振幅为12.5 V时，激发的重复率60Hz和负载比为70。 为了比较减少了两阶段的差分探头和常规探头之间剥离效果的性能，在同一检体以上设计，检测分别利用双级差动线圈探头和常规探头。图11示出了旋转的结果。水平坐标表示所述旋转角;垂直坐标表示峰波的幅度。它可以看出，两级差分探头的结果明显高于常规探针的更好。因此，我们强调的两级差分探头上的分析。图12示出的第三层，并通过两级差分探头检测到第四层之间的缺陷的响应信号。图12（a）示出的缺陷和无缺陷的响应信号的峰值幅度;图12（b）示出的缺陷和无缺陷的响应信号的过零时间。显然，缺陷的峰值幅度将由164毫伏（从3076至3240毫伏）增加;过零时间将由45毫秒降低约。因此，两级差分探头可有效地检测在铆钉结构更深缺陷。 图10.第三和第四层之间的缺陷 图11 两级差动线圈探头和常规探头扫描波形峰值 图12.第三和第四层之间的缺陷的瞬态响应信号 (a)峰值振幅 (b) 零时间6. 结论 缺陷经常出现在机身铆钉结构，严重威胁航空安全。在本文中，提出了三种不同的霍尔/线圈探头检测铆钉结构的缺陷。实验结果表明，在表层和表层以下的缺陷可以有效地检测，并作为有效的差分探头霍尔差分探头线圈的行为。此外，第三层及检体的第四层之间的缺陷可以很容易地通过使用两级差动线圈探头，它比常规探针更有效检测。 脉冲涡流测试也可用于识别和评估老化机多层结构中的缺陷16。因此，脉冲涡流测试将是航空无损检测领域的一个重要的角色。笔者对未来的研究将包括缺陷分类，实时缺陷识别，缺陷的的评价，并在服务成像检测。致 谢作者感谢空军工程大学的杨宾峰工作上给予的帮助。参考文献1 Moulder JC, Bieber JA, Ward WW, et al. Scanned pulsed eddy current instrument for non-destructive inspection of aging aircraft. SPIE 1996;2945: 213.2 Smith RA, Hugo GR. Transient eddy current NDE for aging aircraft-capabilities and limitations. Insight 2001;43(1):1425.3 Smith RA, Hugo GR. Deep corrosion and crack detection in aging aircraft using transient eddy current NDE. Review of Progress in Quantitative NDE 1999:4011408.4 Tian GY, Sopian A. Defect classification using a new feature for pulsed eddy current sensors. NDT&E International 2005;38:7782.5 Li S, Huang SL, Zhao W, et al. Study of pulse eddy current probes detecting cracks extending in all directions. Sensors and Actuators A 2008;141:139.6 Rose JH, Uzal E and MoulderJC. Pulsed eddy current characterization of corrosion in aircraft lap splices: quantitative modeling. SPIE; 2160:164176.7 Giguere S, Lepine BA. Dubois JMS. Pulsed eddy current technology: characterizing material loss with gap and lift off variations. Res Nondestr Eval 2001;13:11929.8 Sophian A, Tian GY, Taylor D, et al. Design of a pulsed eddy current sensor for detection of defects in aircraft lap-joints. Sensors and Actuators A 2002; 101:928.9 Tian GY, Sophian A, Taylor D, et al. Multiple sensors on pulsed eddy current detection for 3-D subsurface crack assessment. IEEE Sensors Journal 2005; 5(1):906.10 Zeng ZW, Liu X, Deng YM, et al. A Parametric Study of Magneto-Optic Imaging Using Finite-Element Analysis Applied to Aircraft Rivet Site Inspection. IEEE Transactions on Magnetics 2006;42(11):373744.11 Li S, Huang SL, Zhao W. Development of differential probes in pulsed eddy current testing for noise suppression. Sensors and Actuators A 2007;135: 6759.12 Sophian A, Tian GY, Taylor D, et al. A feature extraction technique based on principal component analysis for pulsed eddy current NDT. NDT&E Interna- tional 2003;36:3741.13 Bieber JA, Shaligram SK, Rose JH, Moulder JC. Time-gating of pulsed eddy current signals for defect characterization and discrimination in aircraft lapjoints. Review of progress in QNDE 1997;16B:191521.14 Moulder JC, Bieber JA. Pu