基于特征向量动态轨迹分析的脉冲涡流检测技术研究

Advancements have been made in pulsed eddy current (PEC) testing technology in recent years in such as corrosion detection of multi-layered metal structure in aircrafts. However, improvements in lift-off reduction,detection sensitivity and system optimization are still demanded by industry. In this proposal, we propose to address these issues by analylizing dynamic locus of feasure vector, which includes several aspects to be explored. Extract features in time domain or frequency domain and form a vector from them, then dynamic locus of the vector during the probe moves is computed. Interferences such as lift-off effect, usually intense enough in dection, are reduced and defects are detected, classified and quantified by analyzing difference in dynamical locus between interference and different defect signals. System is optimized in sensor, frequency and detection parameters with respect to thickness and conductivity based on dynamical locus. Sensor array with uniform characteristic will be made to simulate movement of single probe. Compare the performance of the proposed method with the traditional PEC method. The proposed project combines feature vector and dynamical locus to analyze signal, aiming at improving detection sensibility and anti-interference performance, providing effective method for system optimization,and paving the way for PEC to meet the high demand in aerospace industry.

脉冲涡流检测技术近年在飞机多层结构腐蚀检测等方面取得了进展，但在提离效应抑制、检测灵敏度及系统优化方法等方面，与工业界检测需求仍有相当差距。本项目提出从信号特征向量的动态轨迹方面进行研究。内容包括：从检测信号中提取频域或时域特征量组成特征向量，随后提取检测传感器移动过程中特征向量点在向量空间中形成的动态轨迹，通过分析提离等干扰信号和不同缺陷信号在动态轨迹方面的区别，抑制在实际应用中很强的提离等干扰信号及对缺陷进行检测、分类、定量；同时依据特征向量的动态轨迹，针对具有特定厚度、电导率等物理参数及对检测重点区域的要求，对检测频率和传感器等系统配置及参数进行优化选择；利用特性均匀传感器阵列来模拟单探头移动情形；比较传统方法与本方法在性能方面的区别。项目将特征向量与动态轨迹相结合，目的在于提高脉冲涡流检测灵敏度及抗干扰能力，为系统优化提供有效方法，为该技术满足航空航天工业的高要求建立基础。

脉冲涡流检测技术近年在飞机多层金属结构腐蚀检测等方面取得了进展，但在提离效应抑制、检测灵敏度及系统优化等方面，与工业界检测要求仍有不少差距。本项目从接收信号特征向量的动态轨迹角度出发对该技术进行了研究。项目首先使用接收信号快速傅里叶变换（FFT）结果，即信号频谱作为特征向量进行了研究。与传统涡流检测类似，每个谐波频谱实部和虚部构成的复平面内缺陷的动态轨迹和提离的动态轨迹能够通过观察夹角区别开来。在每个谐波频谱复平面内将缺陷的动态轨迹移动到提离零点处，然后对所有谐波的新的动态轨迹形成的信号进行傅里叶逆变换得到重建的缺陷时域信号。将重建的时域信号用一个与检测参数设置相关的系数进行放大，则可以获得消除提离效应的时域信号。该算法在缺陷深度位置未知的条件下无论对于表面缺陷还是内部缺陷均显著有效且高效，因而克服了已有的一些算法对提离效应和表面裂纹类缺陷难以有效区分的问题，是对脉冲涡流检测抗干扰技术的一个贡献，构成本项目最重要进展。脉冲涡流检测中的其他干扰可以基于特征向量的动态轨迹采用类似抑制提离的方法进行消除。利用特征向量的动态轨迹还可依据信号和干扰的夹角大小对检测参数进行优化。项目同时也应用其他特征量方法围绕提离效应抑制这一主题进行了研究：应用了主成分分析方法，将纯提离信号与亚表面腐蚀缺陷的信号显著区别开来；使用了系统辨识方法建立检测模型，表明系统模型的高频特性可在检测时用来指示试件亚表面缺陷的不同提离高度；使用了经高通滤波后的脉冲涡流检测差分信号的峰值对提离距离进行指示，并用来进行亚表面缺陷的提离抑制；应用了接收信号差分值的二阶微分零时刻值对提离距离进行计算并进行亚表面缺陷的提离抑制，获得良好效果。制作了阵列传感器及自动扫描检测装置。