《平面陣列式電磁感測器及微缺陷定量檢測方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳棣湘擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：平面陣列式電磁感測器及微缺陷定量檢測方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳棣湘
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
戰機和民用飛機關鍵部件微缺陷的快速與定量檢測是當前航空無損檢測的一個重要研究方向。針對飛機發動機渦輪葉片和機翼大梁螺栓孔等關鍵部件微缺陷定量檢測難度大、效果差、效率低的問題，建立一種基於平面陣列式電磁感測器的微缺陷定量檢測方法。採用MEMS技術在柔性基底上製作具有空間周期性結構的平面陣列式電磁感測器並對微弱檢測信號進行處理，從中提取出感測器檢測信號與激勵信號之間的轉移阻抗，並根據基於檢測模型建立的測量格線資料庫，得到被測對象材料特性（磁導率/電導率）的變化，在此基礎上利用材料特性與微缺陷和應力分布的對應關係，完成微缺陷和應力分布的定量檢測。主要研究內容包括：平面陣列式電磁感測器檢測機理，柔性感測器陣列設計與製備，微弱信號檢測與處理技術，感測器標定技術，微缺陷定量檢測方法等。通過本項目的研究，可以為裝備關鍵部件微缺陷和應力分布的快速與定量檢測提供理論和技術基礎。
結題摘要
本項目針對飛機發動機渦輪葉片和螺栓孔等關鍵部件檢測難度大、檢測效率低的問題，重點開展了平面型電磁感測器檢測機理、柔性感測器陣列設計與製備、微弱信號檢測與處理、感測器標定、微缺陷定量檢測等研究，解決了以下關鍵科學問題： （1）平面型電磁感測器陣列檢測靈敏度與空間解析度的整體提高 通過理論和仿真分析研究了感測器結構和參數對檢測靈敏度和空間解析度的影響，實現了感測器的最佳化設計；採用MEMS工藝在柔性基底上製作出感測器的周期性激勵線圈和多匝檢測線圈，有效提高了感測器陣列的檢測靈敏度與空間解析度；製備了錯位式差分線圈和隧道結磁阻元件構成的複合式感測器，實驗結果表明它能檢測出螺栓孔10mm深度的缺陷；對感測器各通道的不一致性及其相互耦合關係進行了深入的分析，為感測器標定和陣列信息融合奠定了基礎。 （2）大動態範圍下微弱信號的檢測與處理 平面陣列式電磁感測器的輸出信號非常微弱，通常為毫伏量級；缺陷所引起的信號變化更小，並且很容易受到環境干擾的影響，信噪比較低。設計了以低噪聲運算放大器ADA4896為核心的多通道低噪聲前置放大電路、12位8路同步模數轉換晶片AD9272為核心的多路同步高速數據採集電路，並採用以FPGA為核心的數字鎖定放大器進行信號處理，提取感測器轉移阻抗的幅度和相位信息，精度達到0.2 %。建立感測器等效電路模型並提出了空氣點和參考點組合校準方法，實現了感測器非理想特性和多通道不一致性的一體化校準。 （3）微缺陷尺寸的定量分析 根據平面陣列式電磁感測器的真實結構和尺寸建立其有限元模型；通過分析和計算感測器在不同工作條件下的轉移阻抗，建立了反映感測器輸出與材料特性對應關係的測量格線資料庫；提出了一種粗略查找與精確查找相結合的多變數非線性搜尋算法，大大提高了搜尋的準確性和搜尋速度；分別基於PC機和嵌入式系統研製了檢測系統原理樣機和驗證樣機，實現了微損傷的三維實時成像，成像速度達到了14 幀/秒；所研製檢測系統樣機能夠實現0.1mm寬度微裂紋的檢測，微裂紋長度的檢測誤差小於0.2 mm。
