航空原位集成涡流无损检测系统

多种无损检测方法的综合应用及检测数据的二次融合,以提高检测结果的置信度,增加检出概率,成为近年来无损检测领域的研究热点。作为常规五大无损检测手段之一的涡流检测也是如此[1]。一方面,任何一种涡流检测技术都存在固有的优缺点和适用范围,如单频涡流检测对于物体表面裂纹的检测精度较高,对亚表层以及深层缺陷的检测效果不好;脉冲涡流却对多层结构中的深层裂纹检测有优势,但是对缺陷的定量能力不如ACFM等[2-4]。所以在飞机的现场原位检测维修中,需要两台以上不同种类的涡流检测仪器结合使用,相互验证,才能完成一次检测工作。这就存在仪器种类多、体积庞大、移动不方便、对操作人员的技能要求高等缺点。并且,由于反复使用多种不同种类的涡流检测仪器,容易造成操作者失误,产生漏检情况,降低了系统检测数据的可信度和可靠性。另一方面,为了增加检测结果的检出概率(POD),提高无损检测结果的可靠性,针对同一被检测部件,需要采用两种或两种以上的无损检测手段,采用神经网络和数据融合算法等对不同的传感器的检出数据进行数据融合,这就不仅需要检测仪器包含多种涡流检测方法,而且需要提供统一的数据接口,方便不同传感器检测数据二次应用。此外,还需要系统具有小型化、集成化、模块化的硬件结构,在一定范围内具有通用性、可互换性、可复用性和模块组合性等特点[5-8]。在提出涡流检测仪器的原理层通用模型和功能层通用模型的基础上,笔者介绍了一种集成涡流检测系统的实现方法、设计思路和性能分析等。系统包含单频、脉冲、ACFM、多频以及阵列涡流检测五种功能,采用PCI全局总线与I2C局部总线相结合完成系统的高度集成,同时通过标准模块化设计,最大限度地融合不同的涡流检测方法的共性,减小差异,具有较强的可扩展性、复用性、集成化程度高,是一套真正意义上的集成化、小型化、快速化和智能化无损检测系统。

1　设计原理及依据

真正意义上的集成涡流无损检测系统,不仅应该具备单一的涡流检测技术检测能力和检测精度,还应针对不同的无损检测方法,具有统一的数据接口和硬件系统,方便检测数据融合,以提高检测结果的置信度,增加检出概率[2]。此外,还应具备集成度高、体积小和模块化设计,硬件上高度集成,通过软件配置硬件实现相应检测手段———以软代硬的设计方法等优点,使得系统具有较强的通用性、可互换性、可复用性和模块组合,便于维护和维修。

1.1　原理层通用模型

按照激励信号类型和检测方式的不同,涡流检测可以分为单频、脉冲、多频以及ACFM无损检测等;按照传感器的数量,可以分为单一传感器涡流检测和阵列涡流检测等。然而无论哪种涡流检测方法,都是建立在电磁感应原理基础上的,即通过激励涡流传感器线圈产生交变磁场,使得处于磁场中的导体(受检导体)感应产生涡流,导体本身的不连续性(如缺陷)导致感应涡流发生变化,传感器通过检测这种变化可以判知导体性质和状态等信息。因此,涡流无损检测系统从原理层上分析应该包含三部分,即信号激励、信号调理和涡流传感器(图1)。