CN112114028B - 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法 - Google Patents

基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112114028B
CN112114028B CN202010873738.4A CN202010873738A CN112114028B CN 112114028 B CN112114028 B CN 112114028B CN 202010873738 A CN202010873738 A CN 202010873738A CN 112114028 B CN112114028 B CN 112114028B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crack
sensor
eddy current
imaging
circumferential position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010873738.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112114028A (zh
Inventor
孙虎
陈威
伊君艳
卿新林
王奕首
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202010873738.4A priority Critical patent/CN112114028B/zh
Publication of CN112114028A publication Critical patent/CN112114028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112114028B publication Critical patent/CN112114028B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,该方法包括根据涡流阵列传感器输出的感应电压辨别螺栓孔边是否出现裂纹,以及在出现裂纹时,根据感应电压计算裂纹的周向位置、径向扩展情况和轴向扩展情况,以对所述裂纹进行监测;接着当裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取裂纹的径向扩展成像图,以对裂纹进行监测,由此,在裂纹扩展的前期阶段使用涡流阵列传感器,后期阶段用涡流阵列传感器和压电传感器进行监测,以合理利用各传感器的传感原理实现螺栓孔边裂纹的监测,从而提高监测的准确性。

Description

基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法
技术领域
本发明涉及裂纹监测技术领域,特别涉及一种基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法。
背景技术
螺栓连接结构是航空航天、轨道交通、土木工程等主承力结构的主要连接方式,其完整性直接影响整体结构安全,但是由于螺栓孔边应力集中使得螺栓连接结构极易出现孔边裂纹,研究表明80%的机械结构失效是由于连接结构失效造成的,这使得有效监测和预防螺栓连接结构的孔边裂纹、预测其剩余寿命变得十分重要。
相关技术中,螺栓连接结构孔边裂纹监测的方法主要有属于直接测量方法的真空比较监测法(CVM)、智能涂层法(ICM)、光纤传感器应变监测法(FOS)以及属于间接测量方法的机电阻抗法(EMI)、声发射法(AE)、花萼状涡流传感器法(RECS)、基于压电传感器的超声导波法(PUGW)和嵌入式涡流传感阵列薄膜法(ECSA);各方法在对于裂纹角度、裂纹深度和裂纹长度的监测能力各有优劣,由于自身的传感原理定量监测综合能力不高,从而导致单项传感技术损伤定量程度差,大大降低了监测的准确性。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的认识和研究而做出的:
螺栓连接结构孔边裂纹监测方法中的涡流阵列传感器在裂纹沿孔深度方向扩展的早期阶段,由于萌生的裂纹较细小,而柔性涡流阵列传感器对微小损伤敏感,可以监测微小裂纹(表现在接收线圈感应电压的变化),所以可以通过柔性涡流阵列传感器定量辨识裂纹的角度、深度和长度,但是到裂纹贯穿连接板沿孔径向扩展的后期阶段,由于裂纹径向扩展程度加大,超出了柔性涡流阵列传感器的监测范围(表现在随着裂纹径向扩展加大,感应电压变化量越小,越不能表征裂纹径向扩展程度),而压电传感器对裂纹的径向扩展有良好的辨识度,所以针对涡流难以监测较长裂纹、孔边超声导波反射复杂难以定量表征裂纹的特点,使用了一种深度融合涡流/压电多场耦合信号的裂纹角度和长度定量的监测方法对裂纹进行准确定量监测,从而突破单项传感技术损伤定量程度不够的问题,进而大大提升了结构健康监测技术在工程应用上的整体水平。
本发明旨在至少从一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,在裂纹扩展的前期阶段使用涡流阵列传感器,后期阶段用涡流阵列传感器和压电传感器进行监测,以合理利用各传感器的传感原理实现螺栓孔边裂纹的监测,从而提高监测的准确性。
为达到上述目的,本发明实施例提出的一种基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,所述多场耦合传感器包括涡流阵列传感器和压电传感器,所述螺栓孔边裂纹监测方法包括以下步骤:根据所述涡流阵列传感器输出的感应电压辨别所述螺栓孔边是否出现裂纹,以及在出现裂纹时,根据所述感应电压计算所述裂纹的周向位置、径向扩展情况和轴向扩展情况,以对所述裂纹进行监测;当所述裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据所述压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取所述裂纹的径向扩展成像图,以对所述裂纹进行监测。
根据本发明实施例的基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,首先根据涡流阵列传感器输出的感应电压辨别螺栓孔边是否出现裂纹,以及在出现裂纹时,根据感应电压计算裂纹的周向位置、径向扩展情况和轴向扩展情况,以对所述裂纹进行监测;接着当裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取裂纹的径向扩展成像图,以对裂纹进行监测,由此,在裂纹扩展的前期阶段使用涡流阵列传感器,后期阶段用涡流阵列传感器和压电传感器进行监测,以合理利用各传感器的传感原理实现螺栓孔边裂纹的监测,从而提高监测的准确性。
另外,根据本发明上述实施例提出的基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法还可以具有如下附加的技术特征:
进一步地,所述涡流阵列传感器包括激励线圈和感应线圈,所述每个感应线圈为等腰三角形线圈,通过激励所述激励线圈以使所述多个感应线圈产生感应电压,并在所述感应电压出现变化时,判断所述螺栓孔边出现裂纹。
进一步地,在出现裂纹时,根据所述感应电压计算所述裂纹的周向位置和径向扩展情况,包括:获取每个等腰三角形线圈的垂线,并将相邻两个等腰三角形线圈的两条垂线相连以构成矩形,以便对所述多个等腰三角形线圈进行重新分布以获得多个周向区域;根据感应电压的变化情况获取对应相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量,并根据所述相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量和重新分布后的多个周向区域计算所述裂纹的周向位置。
进一步地,在出现裂纹时,根据以下公式计算所述裂纹的周向位置:
Figure BDA0002651963910000021
angle=anglei+angleh
其中,所述ΔU1和ΔU2为相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量;angleh为相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量的比值的反正切值;所述anglei=n·90°,n表示裂纹出现位置前的周向区域个数,angle表示裂纹的周向位置,即裂纹角度。
进一步地,所述压电传感器包括多个激励压电传感器和多个接收压电传感器,通过所述多个激励压电传感器激发超声导波信号,所述多个接收压电传感器接收所述超声导波信号,以构成多条传感路径。
进一步地,当所述裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据所述压电传感器输出的超声导波信号、所述裂纹的周向位置和径向扩展情况获取所述裂纹的径向扩展成像图,包括:获取所述压电传感器在螺栓孔边无裂纹时输出的超声导波信号以作为基准信号,以及获取所述压电传感器在螺栓孔边出现裂纹时输出的超声导波信号以作为比较信号;根据所述基准信号和所述比较信号计算损伤因子,并根据所述损伤因子使用椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果;根据所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置和所述椭圆成像结果获得所述裂纹的径向扩展成像图。
进一步地,根据所述基准信号和所述比较信号计算损伤因子,包括:
Figure BDA0002651963910000031
其中,DIi为第i条传感路径对应的损伤因子;Ci为第i条传感路径对应的对比信号幅值;Bi为第i条传感路径对应的基准信号幅值。
进一步地,根据所述损伤因子使用椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果,包括:
Figure BDA0002651963910000032
其中,
Figure BDA0002651963910000033
xaiyai,xsiysi分别表示第i条传感路径上的激励压电传感器和接收压电传感器的二维坐标,共有K条传感路径,β为自定常数,Pe(x,y)为椭圆成像结果。
进一步地,根据所述裂纹的周向位置、径向扩展情况和所述椭圆成像结果获得所述裂纹的径向扩展成像图,包括:
Figure BDA0002651963910000034
P(x,y)=Pe(x,y)∩e(x,y)
其中,
Figure BDA0002651963910000041
Figure BDA0002651963910000042
angle为裂纹角度即裂纹的周向位置,x1y1为根据裂纹角度angle在孔边确定的焦点,β、DIe为自定常数,e(x,y)为椭圆概率损伤局域,l表示径向扩展情况中的裂纹长度,P(x,y)表示裂纹的径向扩展成像图。
进一步地,所述涡流阵列传感器的激励交变电流频率设置在100KHZ-15MHZ,所述压电传感器的激励信号频厚积设置在200KHZ·mm-1MHZ·mm。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法的流程示意图;
图2为根据本发明一个实施例的涡流阵列传感器的感应线圈的结构示意图;
图3为根据本发明一个实施例的压电传感器的网络示意图;
图4为根据本发明一个实施例的基于多场耦合传感器的裂纹的径向扩展成像图;
图5为根据本发明一个实施例的涡流阵列传感器的使用状态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
为了更好的理解上述技术方案,下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为根据本发明一个实施例的基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法的流程示意图,其中,该多场耦合传感器包括涡流阵列传感器和压电传感器,在监测前,将涡流阵列传感器中的感应线圈卷绕并粘贴于螺栓上,将压电传感器布置在螺栓孔边。
如图1所示,该螺栓孔边裂纹监测方法包括以下步骤:
步骤101,根据涡流阵列传感器输出的感应电压辨别螺栓孔边是否出现裂纹,以及在出现裂纹时,根据感应电压计算裂纹的周向位置、径向扩展情况和轴向扩展情况。
需要说明的是,涡流阵列传感器为嵌入式涡流传感阵列薄膜(ECSA),将嵌入式涡流传感阵列薄膜卷绕并粘贴于螺杆上,用于裂纹沿孔深度方向扩展的早期阶段定量监测。
步骤102,当裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取裂纹的径向扩展成像图,以对裂纹进行监测。
需要说明的是,该预设要求为裂纹扩展的后期阶段,根据实际需要设置,例如可以为裂纹贯穿连接板沿螺栓孔径向扩展的时候,本发明对此不作具体限定。
作为一个实施例,如图2所示,涡流阵列传感器的感应线圈由多个等腰三角形线圈构成,使得裂纹在不同的环向位置时各感应线圈的感应电压有不同的变化以精确辨识裂纹的角度;且涡流阵列传感器采用单激励-多接收的方式,使每个感应线圈处的涡流对裂纹有相似的灵敏度,激励电流输入到由一条导线串起的激励线圈,以保证各位置处的激励电流相同。
作为一个具体实施例,如图5所示,通过柔性电路印刷技术将多个等腰三角形线圈(多个感应线圈)制成涡流传感阵列薄膜,通过比较涡流阵列传感器中不同的激励线圈串联构型在相邻感应线圈处产生的涡流分布与强度不同,结合裂纹诱发涡流的变化规律,分析裂纹监测灵敏度和最大参数监测能力,确定最佳的激励线圈拓扑。
作为一个实施例,在出现裂纹时,根据感应电压计算裂纹的周向位置和径向扩展情况,包括:获取每个等腰三角形线圈的垂线,并将相邻两个等腰三角形线圈的两条垂线相连以构成矩形,以便对多个等腰三角形线圈进行重新分布以获得多个周向区域;根据感应电压的变化情况获取对应相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量,并根据相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量和重新分布后的多个周向区域计算所述裂纹的周向位置。
需要说明的是,如图5所示,将涡流传感阵列薄膜5卷绕并粘贴于螺栓4上;在100KHZ-15MHZ频率中选择合适的交变电流频率,根据实际监测孔径选择合适频率,通过交变电流对激励线圈进行激励,可在感应线圈上产生感应电压,对于每个感应线圈(等腰三角形线圈),裂纹位置从线圈的环向中间位置向边缘位置变化时,裂纹造成的感应电压变化量由最大到接近为零;在交叉区域内,计算两个感应线圈电压变化量的比值
Figure BDA0002651963910000051
其变化范围应为[0,∞),按照这个规律计算比值的反正切值,经过加权运算,即可计算裂纹的精确角度,以得到裂纹的周向位置。
如图2所示,由于涡流传感阵列薄膜5卷绕并粘贴于螺栓4上,所以将涡流传感阵列薄膜5相邻两个等腰三角形线圈的两条垂线相连以构成矩形,以便对多个等腰三角形线圈进行重新分布以获得多个周向区域,多个周向区域构成整个圆周,其中,如图2所示,每个虚线矩形框代表划分好的周向区域,首先将第一排的每个虚线矩形框视为90°,定义第一个虚线矩形框左边界为0°,假设在第二个虚线矩形框的中部出现裂纹,那么相邻两个感应线圈电压变化量的比值为
Figure BDA0002651963910000061
则反正切值为
Figure BDA0002651963910000062
可见此时裂纹出现在了angle=anglei+angleh=135°的位置,其中anglei=n·90°,n表示裂纹出现位置前的虚线矩形框个数,在本例中为1。
接下来,计算环向两个感应线圈电压变化量并加权叠加,得到交叉区域各轴向线圈对应的损伤因子;再将轴向各感应线圈的损伤因子进行信息融合,可计算出裂纹深度即轴向扩展情况,并得到一个交叉区域的裂纹变化表征量,以此表征裂纹长度即径向扩展情况。
作为一个实施例,压电传感器包括多个激励压电传感器和多个接收压电传感器,通过所述多个激励压电传感器激发超声导波信号,所述多个接收压电传感器接收超声导波信号,以构成多条传感路径;压电传感技术是在孔边布置压电传感器,压电传感器中的传感器个数由裂纹长度监测需求决定,传感器激励波长小于螺栓孔半径,选择相应的导波模式和频率作为诊断波和激励频率。
作为一个实施例,当裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取所述裂纹的径向扩展成像图,包括:获取压电传感器在螺栓孔边无裂纹时输出的超声导波信号以作为基准信号,以及获取压电传感器在螺栓孔边出现裂纹时输出的超声导波信号以作为比较信号;根据基准信号和比较信号计算损伤因子,并根据损伤因子使用椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果;根据涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置和椭圆成像结果获得裂纹的径向扩展成像图。
需要说明的是,裂纹后期以径向扩展为主,通过涡流列传传感器确定裂纹的周向位置,再用压电传感器确定径向扩展情况,结合两者对损伤进行成像。
也就是说,涡流/压电多场耦合传感技术具体为基于涡流传感裂纹角度监测的超声导波椭圆加权裂纹成像,确定椭圆加权成像方法中的尺度参数,使每条传感路径的影响范围与裂纹大小对该条传感路径导波信号的影响相符,选择该导波的直达信号计算损伤因子,根据椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果;涡流传感得出的裂纹角度,在该角度上形成一个狭长形的椭圆,与椭圆成像结果进行相乘,得到如图4所示的裂纹的径向扩展成像图。
作为一个具体实施例,如图3所示,设有两个激励压电传感器:第一激励压电传感器11和第二激励压电传感器12;两个接收压电传感器:第一接收压电传感器21和第二接收压电传感器22,在200KHZ·mm-1MHZ·mm频厚积中实际监测孔径和板厚选择合适的激励频率,由第一激励压电传感器11激发超声导波,第一接收压电传感器21和第二接收压电传感器22接收超声导波;由第二激励压电传感器12激发超声导波,第一接收压电传感器21和第二接收压电传感器22接收超声导波,由此,通过两个激励压电传感器和两个接收压电传感器构成压电传感网络,共形成4条传感路径31;使用椭圆加权算法成像:
Figure BDA0002651963910000071
其中,
Figure BDA0002651963910000072
xaiyai,xsiysi分别表示第i条传感路径上的激励压电传感器和接收压电传感器的二维坐标,共有K条传感路径,β为自定常数,Pe(x,y)为椭圆成像结果。从公式中可知,该算法是以损伤因子和像素点与传感器距离关系表征像素点出现损伤的概率,对压电传感器来说,损伤因子DIi可根据信号的不同特征来定义,通常的损伤因子可通过信号的能量、相关系数等定义,在本优选实施例中采用能量方法定义:
Figure BDA0002651963910000073
其中,DIi为第i条传感路径对应的损伤因子;Ci为第i条传感路径对应的对比信号幅值;Bi为第i条传感路径对应的基准信号幅值。
如图3所示,在本实施例中,共有4条传感路径,第1条传感路径为第一激励压电传感器11到第一接收压电传感器21;第2条传感路径为第一激励压电传感器11到第二接收压电传感器22;第3条传感路径为第二激励压电传感器12到第一接收压电传感器21;第4条传感路径为第二激励压电传感器12到第二接收压电传感器22;以第1条传感路径为例,DI1公式中的对比信号为螺栓孔边无裂纹时第一激励压电传感器11激发超声导波信号,第一接收压电传感器21接收第一激励压电传感器11激发的超声导波信号;DI1公式中的基准信号为螺栓孔边出现裂纹时第一激励压电传感器11激发超声导波信号,第一接收压电传感器21接收第一激励压电传感器11激发的超声导波信号。
参考图4,通过上述算法对裂纹进行识别,再根据涡流传感得出的裂纹角度angle,在孔边确定一焦点(x1,y1),通过椭圆加权成像算法:
Figure BDA0002651963910000074
其中,
Figure BDA0002651963910000081
Figure BDA0002651963910000082
angle为裂纹角度即裂纹的周向位置,x1y1为根据裂纹角度angle在孔边确定的焦点,e(x,y)为椭圆概率损伤局域,l表示径向扩展情况中的裂纹长度,P(x,y)表示裂纹的径向扩展成像图,β、DIe为自定常数,β根据实际情况尽可能小,DIe根据实际情况尽可能大,本优选实施例中β=1.0005,DIe=10;即可在该角度上形成一个狭长的椭圆概率损伤区域e(x,y),与椭圆成像结果Pe(x,y)进行相乘,即:P(x,y)=Pe(x,y)∩e(x,y)得到裂纹的径向扩展成像图。
综上所述,在裂纹沿孔深度方向扩展的早期阶段,通过涡流阵列传感器监测裂纹的周向位置,径向和轴向扩展情况;在裂纹贯穿连接板沿孔径向扩展的后期阶段,首先通过涡流列传传感器确定裂纹的周向位置,再通过压电传感器确定裂纹径向扩展情况,结合两者对损伤进行成像,从而提高监测的准确性。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,其特征在于,所述多场耦合传感器包括涡流阵列传感器和压电传感器,所述螺栓孔边裂纹监测方法包括以下步骤:
根据所述涡流阵列传感器输出的感应电压辨别所述螺栓孔边是否出现裂纹,以及在出现裂纹时,根据所述感应电压计算所述裂纹的周向位置、径向扩展情况和轴向扩展情况,以对所述裂纹进行监测;
当所述裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据所述压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取所述裂纹的径向扩展成像图,以对所述裂纹进行监测;
其中,所述涡流阵列传感器包括激励线圈和感应线圈,每个感应线圈为等腰三角形线圈,通过激励所述激励线圈以使多个感应线圈产生感应电压,并在所述感应电压出现变化时,判断所述螺栓孔边出现裂纹;
在出现裂纹时,根据所述感应电压计算所述裂纹的周向位置,包括:
获取每个等腰三角形线圈的垂线,并将相邻两个等腰三角形线圈的两条垂线相连以构成矩形,以便对多个等腰三角形线圈进行重新分布以获得多个周向区域;
根据感应电压的变化情况获取对应相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量,并根据所述相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量和重新分布后的多个周向区域计算所述裂纹的周向位置;
在出现裂纹时,根据以下公式计算所述裂纹的周向位置:
Figure FDA0003586290770000021
angle=anglei+angleh
其中,所述ΔU1和ΔU2为相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量;angleh为相邻两个等腰三角形线圈的感应电压变化量的比值的反正切值;所述anglei=n·90°,n表示裂纹出现位置前的周向区域个数,angle表示裂纹的周向位置,即裂纹角度;
所述压电传感器包括多个激励压电传感器和多个接收压电传感器,通过所述多个激励压电传感器激发超声导波信号,所述多个接收压电传感器接收所述超声导波信号,以构成多条传感路径;
当所述裂纹的径向扩展情况达到预设要求时,根据所述压电传感器输出的超声导波信号和所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置获取所述裂纹的径向扩展成像图,包括:
获取所述压电传感器在螺栓孔边无裂纹时输出的超声导波信号以作为基准信号,以及获取所述压电传感器在螺栓孔边出现裂纹时输出的超声导波信号以作为比较信号;
根据所述基准信号和所述比较信号计算损伤因子,并根据所述损伤因子使用椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果;
根据所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置和所述椭圆成像结果获得所述裂纹的径向扩展成像图;
根据所述基准信号和所述比较信号计算损伤因子,包括:
Figure FDA0003586290770000031
其中,DIi为第i条传感路径对应的损伤因子;Ci为第i条传感路径对应的对比信号幅值;Bi为第i条传感路径对应的基准信号幅值;
根据所述损伤因子使用椭圆加权成像算法对裂纹进行成像以获得椭圆成像结果,包括:
Figure FDA0003586290770000032
其中,
Figure FDA0003586290770000033
Figure FDA0003586290770000034
xaiyai,xsiysi分别表示第i条传感路径上的激励压电传感器和接收压电传感器的二维坐标,共有K条传感路径,β为自定常数,Pe(x,y)为椭圆成像结果;
根据所述涡流阵列传感器确定的裂纹的周向位置和所述椭圆成像结果获得所述裂纹的径向扩展成像图,包括:
Figure FDA0003586290770000035
P(x,y)=Pe(x,y)∩e(x,y)
其中,
Figure FDA0003586290770000036
Figure FDA0003586290770000037
angle为裂纹角度即裂纹的周向位置,x1y1为根据裂纹角度angle在孔边确定的焦点,β、DIe为自定常数,e(x,y)为椭圆概率损伤局域,l表示径向扩展情况中的裂纹长度,P(x,y)表示裂纹的径向扩展成像图。
2.如权利要求1所述的基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法,其特征在于,
所述涡流阵列传感器的激励交变电流频率设置在100KHZ-15MHZ,所述压电传感器的激励信号频厚积设置在200KHZ·mm-1MHZ·mm。
CN202010873738.4A 2020-08-26 2020-08-26 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法 Active CN112114028B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010873738.4A CN112114028B (zh) 2020-08-26 2020-08-26 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010873738.4A CN112114028B (zh) 2020-08-26 2020-08-26 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112114028A CN112114028A (zh) 2020-12-22
CN112114028B true CN112114028B (zh) 2022-06-14

Family

ID=73803835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010873738.4A Active CN112114028B (zh) 2020-08-26 2020-08-26 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112114028B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112946071A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种结构损伤成像方法、装置、设备及存储介质
CN112857205B (zh) * 2021-04-09 2022-07-22 中国石油大学(华东) 一种旋转电磁场结构表面裂纹监测方法
CN113340479B (zh) * 2021-05-18 2022-04-29 上海工程技术大学 基于电涡流与压电原理耦合的三维力柔性触觉传感器
CN113406193B (zh) * 2021-06-23 2024-06-14 厦门大学 基于梯形线圈阵列柔性涡流传感薄膜、检测装置及方法
CN113418982B (zh) * 2021-06-23 2024-07-19 厦门大学 一种平行四边形柔性涡流传感薄膜及其使用方法
CN113799418B (zh) * 2021-08-23 2022-10-21 厦门大学 智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法
CN114354754B (zh) * 2021-12-30 2024-03-29 中铁检验认证(常州)机车车辆配件检验站有限公司 一种螺栓一体化检测装置及检测方法
CN115201325B (zh) * 2022-07-22 2023-07-21 四川德源管道科技股份有限公司 一种多层pcb单激励多接收涡流检测传感器、系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4303885A (en) * 1979-06-18 1981-12-01 Electric Power Research Institute, Inc. Digitally controlled multifrequency eddy current test apparatus and method
GB9214444D0 (en) * 1992-01-28 1992-08-19 Westinghouse Electric Corp Apparatus for remote eddy current and ultrasonic inspection of turbine generator retaining rings
CN101144826A (zh) * 2007-11-07 2008-03-19 钢铁研究总院 大口径无缝钢管超声波和涡流联合自动检测装置和应用
CN104122330A (zh) * 2014-07-22 2014-10-29 华中科技大学 基于电磁超声纵向导波的管道缺陷检测方法与装置
CN108802185A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 哈尔滨工业大学 基于脉冲涡流与电磁超声的金属材料缺陷检测传感器
CN208255152U (zh) * 2018-05-02 2018-12-18 中国人民解放军驻一二三厂军事代表室 超声涡流复合无损检测的柔性探头
CN110988111A (zh) * 2019-11-20 2020-04-10 厦门大学 涡流阵列传感器、螺栓孔边裂纹的监测装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10209223B2 (en) * 2015-05-26 2019-02-19 The Boeing Company Real-time fusion of ultrasound and eddy current data during non-destructive examination

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4303885A (en) * 1979-06-18 1981-12-01 Electric Power Research Institute, Inc. Digitally controlled multifrequency eddy current test apparatus and method
GB9214444D0 (en) * 1992-01-28 1992-08-19 Westinghouse Electric Corp Apparatus for remote eddy current and ultrasonic inspection of turbine generator retaining rings
CN101144826A (zh) * 2007-11-07 2008-03-19 钢铁研究总院 大口径无缝钢管超声波和涡流联合自动检测装置和应用
CN104122330A (zh) * 2014-07-22 2014-10-29 华中科技大学 基于电磁超声纵向导波的管道缺陷检测方法与装置
CN208255152U (zh) * 2018-05-02 2018-12-18 中国人民解放军驻一二三厂军事代表室 超声涡流复合无损检测的柔性探头
CN108802185A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 哈尔滨工业大学 基于脉冲涡流与电磁超声的金属材料缺陷检测传感器
CN110988111A (zh) * 2019-11-20 2020-04-10 厦门大学 涡流阵列传感器、螺栓孔边裂纹的监测装置及方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Numerical modeling of the load effect on PZT-induced guided wave for load compensation of damage detection;Hu Sun 等;《Proceedings of SPIE》;20170405;第10170卷;第101702E1-7页 *
复合材料连接结构健康监测技术研究进展;王奕首 等;《复合材料学报》;20160131;第33卷(第1期);第1-16页 *
贴附式涡流阵列传感器在裂纹监测上的应用;张海涛等;《火力与指挥控制》;20151130;第40卷(第11期);第115-119页 *
飞机多层结构铆钉周围裂纹脉冲涡流检测传感器参数优化;邹国辉 等;《失效分析与预防》;20150228;第10卷(第01期);第11-14和20页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112114028A (zh) 2020-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112114028B (zh) 基于多场耦合传感器的螺栓孔边裂纹监测方法
JP5166724B2 (ja) 超音波検査システム及び方法
JP5288864B2 (ja) アクティブセンサ、多点アクティブセンサ、配管劣化診断方法および配管劣化診断装置
US10473624B2 (en) Shear wave sensors for acoustic emission and hybrid guided wave testing
JP5624271B2 (ja) 配管の厚み測定方法および装置
EP2195611B1 (en) Acoustic thickness measurements using gas as a coupling medium
JP2007155733A (ja) 位相比較を用いる長距離導波検査における欠陥部信号からの溶接部信号の自動区別方法
US10942200B2 (en) Heterodyne atomic force microscopy device, method and lithographic system
CN114235971B (zh) 一种基于超声导波的编织复合材料板损伤形状识别方法
US20110232360A1 (en) Automatic calibration error detection for ultrasonic inspection devices
WO2006110089A1 (en) Method and apparatus for assessing quality of rivets using ultrasound
JP5215303B2 (ja) 分離した放射/受信機能により導電部の渦電流検査を行う方法及びデバイス
EP2871475B1 (en) Ultrasonic testing sensor and ultrasonic testing method
CN112114037B (zh) 基于压电传感器的孔边裂纹识别精度的增强方法
JP4646835B2 (ja) 渦電流探傷による残存肉厚の評価方法及び評価装置
JP4673686B2 (ja) 表面検査方法およびその表面検査装置
JP5013354B2 (ja) 非接触物性測定装置
CN115616075A (zh) 基于超声兰姆波的储罐底板检测系统及方法
JP2009145056A (ja) 電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置
RU2795102C1 (ru) Устройство тестирования свойств материала поверхности стальной пластины и способ тестирования свойств материала поверхности стальной пластины
JP5067009B2 (ja) 硬貨識別方法及び装置
KR102157144B1 (ko) 구조물의 두께 측정 장치 및 방법
JP5240218B2 (ja) 結晶粒径計測装置、方法及びプログラム
Raheem et al. Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducers As a Materials Characterization Probe
EP3742179A1 (en) Method and system for imaging structures below the surface of a sample

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant