基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测技术与应用研究

本项目针对当前ACFM技术装备可视化程度不足的问题，引入激励阵列，突破缺陷方向对检测灵敏度的限制，建立激励阵列ACFM旋转电磁场分布理论模型，设计激励阵列虚拟样机，采用实验研究与仿真技术相结合的方法，分析激励阵列空间排布方式及组合对感应磁场分布以及检测灵敏度的影响，探索旋转感应磁场中缺陷3维形状与磁场特征信号的变化关系，建立缺陷可视化检测算法，优化激励阵列探头和检测线圈，以提供足够的磁场信号支持缺陷可视化反演，设计相关信号采集、处理、匹配软硬件模块，以可视化算法为核心开发缺陷可视化检测软件，构建基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测应用测试系统。通过本项目的研究，可望在理论上揭示缺陷3维形状可视化反演信号不足的根源，为缺陷的可视化检测提供一个全新的方法，建立基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测的新技术体系，并对系统的精度和可靠性进行实验验证和应用测试，确定相关参数，为工程应用奠定基础。

随着世界科学和工业技术的迅速发展，尤其是以高温、高压、高速度和高负荷为标志的工业现代化进步，关键设备服役环境和条件越来越恶劣，新的安全隐患不断出现，较易出现腐蚀、疲劳、断裂以及其它形式的结构失效，近年来高压设备爆炸、大桥坍塌、海洋平台倒塌、海底管道泄漏、水下井口漏油等多起重大事故已经敲响了警钟。因此，为保证设备结构物的安全运行，研究和开发新一代融智能化和可视化为一体的结构物检测理论和技术已经刻不容缓。. 针对以上问题，本课题引入旋转磁场理论和激励阵列技术，突破缺陷方向对检测灵敏度的限制，围绕基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测原理、方法及应用展开系统研究。首先对ACFM正交激励阵列检测和旋转磁场理论进行深入的研究，建立基于激励阵列的ACFM旋转电磁场检测理论模型，仿真分析了激励阵列空间排布方式及组合对感应磁场分布及检测灵敏度的影响，构建基于激励阵列的ACFM虚拟样机模型，设计开发激励阵列探头；同时，根据激励阵列的ACFM缺陷检测信号特征，研究了缺陷形状-电磁场-视觉形象的正反问题循环演化规律，提出基于交流电磁场的缺陷可视化算法，设计相关信号采集、处理、匹配软硬件模块，开发了以可视化算法为核心缺陷可视化检测软件，最终构建了一套完整的基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测系统样机，实现了对任意方向裂纹高精度缺陷智能可视化检测，通过人工缺陷定量测试和现场应用测试，该系统样机基本结构完善，关键部件进行了封装处理，具有一定的可靠性，能够高智能化的定量探测金属结构物表面或近表面裂纹，量化精度达到85%，反演形状能够较好地吻合真实形状，并设计开发了基于激励阵列的ACFM三维智能可视化检测样机，提高了ACFM技术装备的缺陷自动识别能力和三维可视化水平，有效的填补国内ACFM技术装置空白，达到国际先进水平。. 本课题的研究成果有助于推动高智能化和可视化的结构物检测理论和技术发展，通过检测提供设备结构准确、形象的缺陷信息，将有效地保证结构安全性评估的精度，促进设备结构视情评估这一先进的评估模式发展，变主观经验判断为可视的优化决策，合理决定维修或改装方案，从而有效延长设备使用寿命，最大限度地发挥潜能，提高机械装备的本质安全水平，具有良好的学术价值和经济应用前景。