磁-光显微成像亚表面检测系统的研究

　　1　引言

　　近年来,加工制造、材料、冶金、装配等行业技术的发展非常迅速,技术的发展就对材料和构件的表面和亚表面的质量提出了越来越高的要求。目前,表面无损检测技术已经比较成熟,但对亚表面缺陷的检测却没有理想的检测手段,比较成熟的传统检测手段对亚表面缺陷的检测都存在一定的局限性。如渗透法只适于检测表面开口缺陷;X、γ射线照相法、超声波检测法等适于探测深层内部缺陷;磁粉检测和电磁感应检测法,由于影响因素复杂,其分辨力低;激光冲击、超声显微镜等新技术,也因为系统复杂、成本高、性能不理想等原因没有形成成熟技术[1]。

　　光电技术在非接触无损检测技术中的应用为亚表面缺陷的检测提供了一个有效的解决途径,磁-光显微成像检测技术综合利用了涡流效应和磁-光法拉第效应,实现了对亚表面缺陷的可视化无损检测[1]。其工作原理如图1所示。以脉冲信号激励线圈,使其在受检金属试件中感生出涡流,若试件表层存在缺陷则会改变该涡流的分布,相应地改变涡流激发的磁场,进而引起该处的垂直磁场分量发生变化,磁-光传感器(磁-光石榴石薄膜)在该磁场的作用下会产生磁-光效应,使经过的线偏振光的偏振方向发生一定的偏转,包含了缺陷信息的线偏振光经偏振分光镜反射后被CCD摄像头接收,把图像显现出来,从而实现了对试件亚表面缺陷的可视化实时成像检测。

　　在检测过程中,磁-光图像会受到各种外界条件的影响,如激光光强的变化、少数石榴石磁畴变化和其他各种噪声等,因而直接从CCD摄像头中所获得的磁-光图像的分辨率是比较低的。本文围绕涡流激励装置的设计、磁-光薄膜的选择及制备,以及图像处理的设计,分析了影响磁-光图像分辨率的因素,设计出了相应的改进办法,并做了大量的试验验证,实验结果进一步验证了改进方法的准确性。

　　2　涡流激励装置

　　涡流激励装置是磁-光成像检测系统中的重要组成部分,由其产生的涡流磁场的强弱及分布情况,直接决定着最终检测结果的好坏,因此涡流激励装置的优化也就是尽量提高涡流磁场的强度[2,3]。磁-光显微成像检测系统采用涡流激励装置,它具有如下几个特点:

　　(1)产生的磁场强度大,磁损小。涡流激励装置采用了环形锰锌铁氧体作为磁芯,与筒形线圈相比,产生的磁场强度大,磁损小。因为锰锌铁氧体有很强的导磁能力,可以大大增大电感,并且铁氧体的电阻率远较金属高(大106~1016倍),在交变磁场中的电涡流很小,其涡流损耗和趋肤效应非常小;

　　(2)可以承受较高的频率,且频带宽。因为锰锌铁氧体能够在很宽的频率范围内保持高的导磁率,具有增强磁场和聚焦磁场的特性;