毕业论文：金属构件脉冲涡流无损检测系统设计

图仿真数据拟合曲线检测探头的设计探头的设计主要是包括霍尔元件的选择以及线圈的绕制。

探头结构示意图如图所示。

基于学校客观条件以及对学生动手能力的培养，对于霍尔元件的选择在满足工作要求的同时更加注重了其成本，而线圈则是利用学校的仪器绕制的。

图探头实物图霍尔元件的选择霍尔传感器选择的是型霍尔元件，这种霍尔元件有助于提供稳定的输出其内部含有激光修正的薄膜电阻，可以提供精确的灵敏度和温度补偿的优势。

其引脚属性如图所示。

图型霍尔传感器引脚示意图线圈的绕制线圈骨架选择的是直径为内径为厚度为的软磁铁氧体磁环。

铁氧体是种具有铁磁性的金属氧化物，具有易磁化易退磁抗干扰的特点。

激励线圈是用直径的漆包线绕成的空心线圈，内径外径高度方向绕圈，径向绕圈，总匝数为匝。

线圈绕制完成之后，用黑色胶袋包裹，再将霍尔固定与线圈的内环之内，探头便制作成了。

差分探头的设计如上面探头的设计，绕制两个完全相同线圈，选用相同的霍尔传感器制作两个完全相同的探头。

再把这些探头用黑色胶带包裹在起，就可以成为组差分探头，它的工作原理就是两个探头探测的位置不样，而导致得到两个信号，然后对这两个信号差分，可以消除些多余的干扰，而且还克服目前探头检测需要参考样本的缺陷。

硬件电路设计检测功率放大电路在脉冲涡流的磁场中，激励线圈所提供的磁感应强度不符合该实验的强度要求，因此需对激励信号进行功率放大，以此来增强涡流磁场的磁感应强度。

在该实验中，功率放大电路如图所示。

图功率放大器检测信号放大电路由于实验所得的检测信号是比较微弱的电压信号，这个微小的信号不适合数据采集卡的输入范围，所以需要对该信号进行放大处理，以提高采样信号的信噪比，然后进行采集。

该实验中信号放大器的核心芯片选用的是仪用放大器。

设计的信号放大电路如图所示。

图信号放大器此上模块的设计完后，随后焊接电路，再将电路元件和探头整合为个整体，以增强整个系统的稳定性，如图所示。

图放大电路实物图试块的设计金属试件是块几何尺寸为长宽厚的铝板，在其上设计缺陷，缺陷尺寸分别为。

实验时依次移动检测探头放置于缺陷处，从而可以得到感应电动势与缺陷尺寸的关系曲线，图为试块的示意图。

图试块示意图图试块实物图数据采集与处理根据项目要求，需要对电压信号进行采集。

选择信号采集卡比较适合。

创建新的任务并选择电压信号作为对象，即可实现对电压信号的采集。

程序设计经过初步的编程和窗口设计，得到如下图图所示工作界面，为较为清晰的表达该界面，所用界面为缺陷为时的窗口。

图工作界面上图中的两个窗口分别显示滤波前的信号和滤波后的信号。

绿色的指示灯用来显示次采集的完成。

为时间延迟。

试验中设置为，样本点为，采样周期个，采样频率为。

程序设计面板如图所示。

图程序面板试验过程试验步骤将检测探头放在基准面上无缺陷处，进行数据采集，所获得的响应信号作为基准信号，采集的信号如图。

图无缺陷时的采集波形图将测量装置放在试块上，进行数据采集，检测无缺陷状态下线圈所获得的响应信号，并将其作为被测试件的基准响应信号将探头依次置于试件不同尺寸缺陷处，进行数据采集，获得各个缺陷尺寸下的被测试件的响应信号峰值电压与缺陷尺寸的关系。

图所示为峰值电压与缺陷尺寸的关系的拟合曲线。

图峰值电压与缺陷尺寸的关系图运用工具，对实验数据进行指数拟合，其函数信息为得拟合方程为误差分析对拟合前后的实验数据进行误差分析，得分析结果如表。

表曲线拟合误差分析缺陷尺寸拟合前数据拟合后数据相对误差绝对误差从表中可知绝对误差大都小于，误差基本在允许的范围之内，所以本次实验所得数据是比较理想的。

仿真数据与实验数据的比较实验数据与仿真数据的误差分析如表所示。

表实验数据与仿真数据的误差分析缺陷尺寸仿真数据实验数据相对误差绝对误差由上述分析可以得出以下结论对于同试块，仿真与实验得出的峰值电压数值均随着缺陷尺寸的增加而变大。

有的数组误差还比较大，说明脉冲涡流检测系统还有进步改进的地方，比如可以采用峰值电压补偿技术。

对于实验数据与仿真的绝对误差基本上在正常范围之内，说明仿真与实验的峰值与缺陷尺寸的对应关系基本上是没有变化的这在另方面也证实了脉冲涡流检测系统的设计方案的有限元仿真分析与实验数据的致性，也说明了脉冲涡流在实际生产中可行性。

项目未完成内容传感器阵列检测实现缺陷的成像未完成原因因为个人的基础知识薄弱，对相关的研究无法深入进行，要想完全理解并掌握这些知识，年时间是不够的，而且大三的课程占用了绝大部分时间。

由于项目需要投入大量时间和精力，我们组里有三个成员在忙于复习考研，无法抽出时间来继续完成该项目。

大学生创新训练计划金属构件脉冲涡流无损检测系统设计项目成果佐证材料探头的设计二硬件电路的设计三信号采集及处理四发明专利份五发表论文篇江南大学二年八月探头的设计差分探头实物图探头实物图二硬件电路设计在脉冲涡流的磁场中，激励线圈所提供的磁感应强度不符合该实验的强度要求，因此需对激励信号进行功率放大，以此来增强涡流磁场的磁感应强度。

在该实验中，功率放大电路如图所示。

功率放大器图由于实验所得的检测信号是比较微弱的电压信号，这个微小的信号不适合数据采集卡的输入范围，所以需要对该信号进行放大处理，以提高采样信号的信噪比，然后进行采集。

该实验中信号放大器的核心芯片选用的是仪用放大器。

设计的信号放大电路如图所示。

信号放大器图将两个放大电路图焊接成个整体，再将电路元件和探头整合为个整体，以增强整个系统的稳定性，如图所示。

放大电路实物图实验系统图三信号采集及处理无缺陷时的采集波形图滤波前后波形示意图平均处理后的检测信号峰值电压与缺陷尺寸的关系图四发明专利申请号发明专利名称脉冲漏磁缺陷与应力的无损检测系统及无损检测方法五发表论文发表在仪器仪表学报的基于频谱分析的脉冲涡流缺陷检测研究心得体会通过年左右的时间来完成的这项创新项目。

对我们四个人来说，可谓意义非凡。

当初当我们绞尽脑汁想不出个好的项目时。

周老师就毫无保留的把自己正在研究的课题拿给我们来做。

当我们自己看到这个题目金属构件脉冲涡流无损检测系统设计，感觉头雾水。

这跟我们学的知识相关吗做这个需要哪些知识呢我们能够顺利完成吗系列疑问经常会在我们之间出现。

可是当我们点点深入，点点搞点以前感觉很难的知识点时，我们的思路渐渐明朗了。

每周交次报告，是周老师给我们定的要求，这样才能催着我们前进。

刚开始的时候，每星期阅读翻译篇外文资料。

还要学习有限元软件，绘画电路的软件。

可谓难度不断加大，有几次大家就很不情愿的在做，能托则拖。

晃学期过去了，可是我们的进度太慢，远远没有达到按时完成项目的要求。

于是我们自己也开始紧张了，可是时间不会再回来。

于是我们开始分工明确，开始把以前的流问题各个击破。

施勇，阎路伟负责购买电子元件，焊接硬件电路王地龙，王夏平负责学有限元软件，电子电路软件。

渐渐的开始进入轨道了。

周老师也不用次次的催我们了，他只会在我们不懂时，给点提醒和意见。

进入项目的中期时，也到了学期末了，大四的几位同学在跟着周老师做毕业设计，于是他们也加入了我们。

虽然我们组的激吻成员开始着手准备考研了，但我们并没有因此停滞不前。

相反，我们在与大四学长配合之下，进度反而加快了，当电路全部搭接好以后，我们还有在学习，等软件来采集分析数据。

这也是我们最难的阶段。

主要因为这是我们机械学生以前从未处理过的问题，好在学长给予了我们很大的帮助，周老师也不时再旁给予提醒。

好不容易熬过了最艰难的个月。

就这样忙碌而充实的过完了年，亲身经历了这样种从无到有的创新过程。

成就感不是言两语能够概括的。

人家说，学习，就是学的种方法。

我们也体会到了这句话的含义。

年里，在没有耽误课程的情况下，我们学习了那么多其他的东西，有些东西都已经远远超出了我们的专业范围。

但是我们做到了。

所以，真的要感谢周老师，因为是他让我们做到了学以致用。

学习的过程或许有些枯燥，但学以致用的过程却受益匪浅。

项目编号大学生创新训练计划结题验收材料项目名称金属构件脉冲涡流无损检测系统设计项目负责人王地龙所学专业机械自动化所在学院机械工程学院电话手机电子信箱项目起止年月年月到年月第指导教师张洪专业技术职务副教授电话手机电子信箱结题日期年月江南大学教务处制目录大学生创新训练计划项目结题验收表大学生创新训练计划项目成果精粹大学生创新训练计划项目成果佐证材料江南大学大学生创新训练计划项目结题验收表学院名称机械工程学院填写日期年月项目名称金属构件脉冲涡流无损检测系统设计项目编号项目组成员姓名学号承担工作量本人签字备注负责人王地龙成员阎路伟成员王夏萍成员施勇指导教师姓名年龄职称联系电话手机指导教师张洪副教授指导教师周德强讲师研究成果简介脉冲涡流无损检测是种最具发展前景的无损检测新技术，由于脉冲含有很宽的频谱，感应的电压信号含有丰富的材质信息。

本项目采用有限元仿真软件对脉冲涡流探头进行有限元仿真，提出种新型的脉冲涡流传感器通过对金属构件缺陷的实际检测，验证所提出的新式传感器的有效性。

二成果特色及创新点探索出种新型的脉冲涡流差分结构的探头，以克服现有脉冲涡流探头必须存储参考样本信号的不足。

提出种新的信号特征提取技术，能够检测出金属构件内部深层隐藏的缺陷采用传感器阵列技术，达到对金属构件缺陷的可视化成像。

三成果形式及数量文献综述份专利个调研报告份软件件设计作品份图纸套实验记录份论文篇制作实物件课件件心得体会份其它。

四指导教师意见签名年月日五验收专家组意见专家组意见专家组建议推荐参加竞赛推荐省级创新训练计划项目推荐国家级创新性实验计划项目希望进步产品化申请专利发表论文推荐参加成果展示专家组成员签字年月日六学院意见验收结论通过不通负责人签字学院盖章年月日七学校意见负责人签名盖章年月日大学生创新训练计划金属构件脉冲涡流无损检测系统设计成果精粹江南大学二年八月须有字左右，可另附页项目完成的主要内容基于仿真实验的设计创建仿真模型从理论上说，建立三维涡流场的般分析模型，并对其进行求解是完全可行的，但具体实现起来却比较复杂而被测体与检测线圈上电压的对应关系与被测体的表面形状关系不大，所