多层导电结构脉冲涡流检测信号处理和内部缺陷判别方法研究

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随着科技进步和各行各业迅速发展,重要装备与系统关键结构件无损检测与评估受到越来越广泛的重视。本文即是结合国家自然科学基金项目和实际工程应用需求,开展了面向多层导电结构件内部状态无损检测的脉冲涡流检测信号处理和内部缺陷判别方法研究。在阐述脉冲涡流检测技术原理的基础上,分别分析了外界干扰和内部缺陷对响应信号的影响规律;研究了脉冲涡流响应信号预处理方法,重点研究了提离扰动情况下(提离是指检测探头和试件之间的距离)的信号预处理技术;研究了提离干扰下多层导电结构内部缺陷的定性检测和判别问题,提出了解决方案;着重阐述了多干扰下的多层导电结构内部缺陷的定量化分析方法;对脉冲涡流检测原型系统进行了集成开发。  论文主要研究工作和创新点如下:  (1)研究了脉冲涡流检测技术的基础原理,分析了脉冲涡流响应信号的典型时域特征,以及外界干扰和内部缺陷对响应信号的影响规律,为多层导电结构脉冲涡流检测提供正向指导;  (2)在脉冲涡流扫描检测过程中,提离往往并非一成不变,而是随着检测的进行而动态波动,导致检测信号波动干扰很大。针对动态波动变化的提离干扰问题,分析与比较了目前常用的提离消除技术;在此基础上,结合对提离的正向分析,提出了基于偏最小二乘的提离高度预测方法,利用训练获得的提离回归模型,可以针对未知提离高度下的响应信号,实现提离高度的预测。该方法主要用于实际检测中提离高度未知或者不可控的情况下,抑制乃至消除提离对脉冲涡流检测结果的影响,为后续的提离抑制和缺陷检测工作奠定基础。  (3)在进行提离高度预测的基础上,进一步围绕提离干扰下多层导电结构内部缺陷的定性检测和判别问题,通过对响应信号中不同类型特征量的提取效果的分析,尝试建立响应信号特征量和内部缺陷之间的映射关系,研究提出了基于组合特征量的内部缺陷定性检测和判别方法。最终通过实验验证了该方法在提离高度未知情况下能够成功检出温控器中的不合格产品,并对不合格产品中不同类型的缺陷实现了有效区分。  (4)为了解决多干扰下的多层导电结构内部缺陷的定量化分析困难的问题,介绍了脉冲涡流检测过程中多种干扰并存的检测环境,并对传统定量化检测方法的局限和不足进行了分析;重点以含有通孔的三层导电结构为例,将试件中的通孔结构对响应信号的影响作为一种内部结构干扰,并同时考虑存在提离干扰的情况下,在传统方法的基础上,提出了基于多探头的缺陷定量化分析方法。其中,利用基于粒子群参数优化的支持向量机回归算法,构建组合特征量和内部缺陷长度之间的定量模型,解决了外界提离干扰和内部通孔结构干扰并存情况下的多层导电结构内部缺陷长度的定量检测问题,并通过实验验证算法的有效性。  (5)为了提升检测设备的稳定性和便携性,在实验室已有的脉冲涡流检测原型系统的基础上,对原有系统进行改进优化,重点针对下位机检测系统的硬件电路进行了优化设计和集成开发。  简言之,本文研究了多层导电结构脉冲涡流信号处理和内部缺陷判别分析方法,通过提离高度的预测、组合特征量的提取和多探头检测的思想,有效地实现了干扰影响下多层导电结构内部缺陷的定性检测判别和定量化分析,提升了脉冲涡流检测技术的检测能力,为未来进一步检测应用提供了技术支持。
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