航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭及方法與流程
本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭及方法。
背景技術：
目前，飛機、航天/航空器結構中廣泛采用航空非鐵磁金屬管件，航空非鐵磁金屬管件(如鋁合金管、銅管等)的優勢在于其具有較高的比強度和比剛度，能夠有效減輕飛機的結構重量、改善飛行性能并增加經濟效益。
由于高溫、腐蝕等復雜的環境，航空非鐵磁金屬管件在服役過程中極易產生腐蝕缺陷，該類缺陷的存在降低了航空非鐵磁金屬管件使用壽命，嚴重影響了飛行安全性，因此對航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷進行成像具有重要意義。目前針對航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷的脈沖渦流檢測拾取信號多為感應電壓信號和絕對磁場信號，未對磁場梯度信號進行相關研究，利用二維磁場梯度信號對航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷進行高精度成像的研究和工程應用尚存空白。
技術實現要素：
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提出一種航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭及方法，能夠對航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷進行快速、高精度成像，具有重要的工程應用價值。
為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭，包括外徑與航空非鐵磁金屬管件內徑相適配的光敏樹脂線圈骨架4，同軸固定于光敏樹脂線圈骨架4內的一對盤式激勵線圈1，同軸固定于一對盤式激勵線圈1之間對稱面上的外圈磁場梯度傳感器陣列2和內圈磁場梯度傳感器陣列3；所述一對盤式激勵線圈1參數相同且在任意時刻激發出的暫態磁場的磁極相反；所述外圈磁場梯度傳感器陣列2中的每個磁場梯度傳感器的敏感方向沿光敏樹脂線圈骨架4軸向，測取的是軸向磁場梯度強度，所述內圈磁場梯度傳感器陣列3中的每個磁場梯度傳感器的敏感方向沿光敏樹脂線圈骨架4周向，測取的是周向磁場梯度強度。
所述外圈磁場梯度傳感器陣列2和內圈磁場梯度傳感器陣列3均由n個等間距圓周排列的磁場梯度傳感器組成，且外圈磁場梯度傳感器陣列2中的每一個磁場梯度傳感器與內圈磁場梯度傳感器陣列3中的一個磁場梯度傳感器位于圓周排列的同一半徑上。
一種航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像方法，包括航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立和航空非鐵磁金屬管件缺陷成像；
(1)航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立，具體方法如下：
依次連接信號發生器、功率放大器、探頭、濾波放大器、數據采集卡和計算機，將權利要求1所述探頭放置于航空非鐵磁金屬管件內，并將該位置設定為基準位置l0，探頭只對航空非鐵磁金屬管件進行軸向掃查，不發生周向轉動，信號發生器和功率放大器激勵一對盤式激勵線圈1同時工作，使其在任意時刻產生的磁場方向均相反；在一對盤式激勵線圈1工作的同時，外圈磁場梯度傳感器陣列2與內圈磁場梯度傳感器陣列3中的磁場梯度傳感器將其所處空間位置的磁場梯度強度轉換為電信號即磁場梯度信號，由計算機通過數據采集卡分別采集探頭相對基準位置l0的軸向距離l處外圈磁場梯度傳感器陣列2中每個磁場梯度傳感器輸出的軸向磁場梯度信號VlA1，VlA2，...，VlAn和內圈磁場梯度傳感器陣列3中每個磁場梯度傳感器輸出的周向磁場梯度信號VlC1，VlC2，...，VlCn，分別提取軸向磁場梯度信號和周向磁場梯度信號的峰值作為脈沖渦流磁場梯度信號的特征量lA1，lA2，...，lAn和lC1，lC2，...，lCn；探頭在掃查位置lm處，可得內圈磁場梯度傳感器陣列3中磁場梯度傳感器位置0°，360°/n，2×360°/n，...，(n-1)×360°/n與周向磁場梯度信號特征量lmC1，lmC2，lmC3，...，lmCn的關聯曲線，即周向掃查曲線lmC，以及位于θl((l-1)×360°/n，l＝1,2，...，n)處外圈磁場梯度傳感器陣列2中磁場梯度傳感器的軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm和軸向磁場梯度信號特征量l0An，l1An，l2An，...，lmAn的關聯曲線，即軸向掃查曲線θnlmA；對于周向掃查曲線l0C，l1C，l2C，...，lmC，提取其從0°，360°/n，...，到(n-1)×360°/n處出現第一個極小值時所對應內圈磁場梯度傳感器陣列3中磁場梯度傳感器位置θa0，θa1，θa2，...，θam與軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm的關聯曲線θla，提取其從0°，360°/n，...，到(n-1)×360°/n處出現第二個極小值時所對應內圈磁場梯度傳感器陣列3中磁場梯度傳感器位置θb0，θb1，θb2，...，θbm與軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm的關聯曲線θlb；對于軸向掃查曲線θ1lmA，θ2lmA，...，θnlmA，其出現最大值時所對應的軸向掃查位置la0，la1，la2，...，lam與外圈磁場梯度傳感器陣列2中磁場梯度傳感器位置θa1，θa2，...，θan的關聯曲線為lθa，其出現最小值時所對應的軸向掃查位置lb0，lb1，lb2，...，lbm與外圈磁場梯度傳感器陣列2中磁場梯度傳感器位置θb1，θb2，...，θbn的關聯曲線為lθb；曲線lθb、曲線lθa、曲線θlb和曲線θla即為航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線；
(2)航空非鐵磁金屬管件缺陷成像，具體方法如下：
建立直角坐標系，橫坐標為管件周向角度，縱坐標為探頭軸向掃查位置，在該直角坐標系中，航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線lθb，lθa，θla和θlb所圍成的封閉圖形為航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷，即實現了航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷的成像。
本發明和現有技術相比較，具備如下優點：
1、本發明的探頭為雙線圈全周激勵模式，可有效增大線圈之間的磁場，使其對腐蝕缺陷的響應更為靈敏；磁場梯度傳感器更易檢測到磁場的擾動，有利于腐蝕缺陷邊緣的識別；傳感器陣列可有效提高信號拾取效率。
2、本發明方法首先采用本發明所述探頭，實現了航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立，該特征曲線不受探頭偏心的影響，有效提高了腐蝕缺陷檢測的精度；在采用本發明所述探頭對待測航空非鐵磁金屬管件進行檢測時，可由掃查特征曲線圍成的封閉圖形作為航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷圖像。
附圖說明
圖1為本發明探頭結構示意圖。
圖2為圖1探頭俯視圖。
圖3為圖1梯度磁場傳感器陣列剖面圖。
圖4為實驗系統框圖。
圖5為應用本發明對航空鋁合金管件外壁人工腐蝕缺陷的脈沖渦流成像結果。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發明作進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示，本發明航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭，包括外徑與航空非鐵磁金屬管件內徑相適配的光敏樹脂線圈骨架4，同軸固定于光敏樹脂線圈骨架4內的一對盤式激勵線圈1，同軸固定于一對盤式激勵線圈1之間對稱面上的外圈磁場梯度傳感器陣列2和內圈磁場梯度傳感器陣列3；所述一對盤式激勵線圈1參數相同且在任意時刻激發出的暫態磁場的磁極相反；所述外圈磁場梯度傳感器陣列2中的每個磁場梯度傳感器的敏感方向沿光敏樹脂線圈骨架4軸向，測取的是軸向磁場梯度強度，所述內圈磁場梯度傳感器陣列3中的每個磁場梯度傳感器的敏感方向沿光敏樹脂線圈骨架4周向，測取的是周向磁場梯度強度。
如圖3所示，所述外圈磁場梯度傳感器陣列2和內圈磁場梯度傳感器陣列3均由n個等間距圓周排列的磁場梯度傳感器組成，且外圈磁場梯度傳感器陣列2中的每一個磁場梯度傳感器與內圈磁場梯度傳感器陣列3中的一個磁場梯度傳感器位于圓周排列的同一半徑上。
本發明航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像方法，包括航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立和航空非鐵磁金屬管件缺陷成像；
(1)航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線的建立，具體方法如下：
如圖4所示，依次連接信號發生器、功率放大器、探頭、濾波放大器、數據采集卡和計算機，將外徑與航空非鐵磁金屬管件內徑相同的探頭放置于航空非鐵磁金屬管件內，并將該位置設定為基準位置l0，探頭只對航空非鐵磁金屬管件進行軸向掃查，不發生周向轉動，信號發生器和功率放大器同時激勵一對盤式激勵線圈工作，使其在任意時刻產生的磁場方向均相反；在一對盤式激勵線圈1工作的同時，外圈磁場梯度傳感器陣列2與內圈磁場梯度傳感器陣列3中的磁場梯度傳感器將其所處位置的磁場梯度強度轉換為電信號(即磁場梯度信號)，由計算機通過數據采集卡分別采集探頭相對基準位置l0的軸向距離l處外圈磁場梯度傳感器陣列2的軸向磁場梯度信號VlA1，VlA2，...，VlAn和內圈磁場梯度傳感器陣列3的周向磁場梯度信號VlC1，VlC2，...，VlCn，分別提取軸向磁場梯度信號和周向磁場梯度信號的峰值作為脈沖渦流磁場梯度信號的特征量lA1，lA2，...，lAn和lC1，lC2，...，lCn；探頭在軸向掃查位置lm處，可得內圈磁場梯度傳感器3中磁場梯度傳感器位置0°，360°/n，2×360°/n，...，(n-1)×360°/n與周向磁場梯度信號特征量lmC1，lmC2，lmC3，...，lmCn的關聯曲線，即周向掃查曲線lmC，以及位于θl((l-1)×360°/n，l＝1,2，...，n)處外圈磁場梯度傳感器2中磁場梯度傳感器的軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm與軸向磁場梯度信號特征量l0An，l1An，l2An，...，lmAn的關聯曲線，即軸向掃查曲線θnlmA；對于周向掃查曲線l0C，l1C，l2C，...，lmC，提取其從0°，360°/n，...，(n-1)×360°/n處出現第一個極小值時所對應內圈磁場梯度傳感器3中磁場梯度傳感器位置θa0，θa1，θa2，...，θam與軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm的關聯曲線θla，提取其從0°，360°/n，...，(n-1)×360°/n處出現第二個極小值時所對應內圈磁場梯度傳感器3中磁場梯度傳感器位置θb0，θb1，θb2，...，θbm和軸向掃查位置l0，l1，l2，...，lm的關聯曲線θlb；對于軸向掃查曲線θ1lmA，θ2lmA，...，θnlmA，提取其出現最大值時所對應軸向磁場梯度傳感器軸向掃查位置la0，la1，la2，...，lam與外圈磁場梯度傳感器2中磁場梯度傳感器位置θa1，θa2，...，θan的關聯曲線lθa，提取其出現最小值時所對應軸向磁場梯度傳感器軸向掃查位置lb0，lb1，lb2，...，lbm與外圈磁場梯度傳感器2中磁場梯度傳感器位置θb1，θb2，...，θbn的關聯曲線lθb；曲線lθb、曲線lθa、曲線θlb和曲線θla即為航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線；
(2)航空非鐵磁金屬管件缺陷成像，具體方法如下：
建立直角坐標系，橫坐標為管件周向角度，縱坐標為探頭軸向掃查位置，在該直角坐標系中，航空非鐵磁金屬管件脈沖渦流信號掃查特征曲線lθb，lθa，θla和θlb所圍成的封閉圖形為航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷，即實現了航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷的成像。
實施例：
利用本發明所述航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭對航空鋁合金管件外壁的人工腐蝕缺陷進行檢測，將探頭放置于航空鋁合金管件內部，并沿軸向對航空鋁合金管件進行掃查，采用本發明的腐蝕缺陷成像方法，可得如圖5所示的腐蝕缺陷成像圖，其中黑色區域為實驗所得腐蝕缺陷成像圖，白色實線為缺陷實際的輪廓。
由圖5可見，腐蝕缺陷成像結果與腐蝕缺陷實際尺寸很接近，可以描繪出航空鋁合金管件人工腐蝕缺陷的基本形狀。可見采用本發明航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷內檢成像探頭及方法，能有效對航空非鐵磁金屬管件腐蝕缺陷進行成像，且檢測效率高，精度高。
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