2022年，无损检测实验室研究团队在先进无损检测理论、技术、仪器探头开发与应用等方面继续开展了深入研究，取得了系列研究进展。
代表研究进展
1新型涡流定量检测相关理论及应用关键技术 针对燃机叶片气膜孔无损检测，开发了旋转涡流检测方法、仪器和探头，基于数值模拟和实验，验证了方法对孔边裂纹检测的有效性，实现了检测系统的柔性化和阵列化，为实际叶片检测应用奠定了基础。开发了磁芯探头涡流检测信号数值模拟新方法，明确了磁芯对涡流检测信号的增强机理，开展了磁芯涡流检测探头的优化设计。开发了重燃叶片热障涂层厚度柔性阵列化涡流检测探头、系统和评价方法，实现了热障涂层厚度的高精度定量评价，如图1所示。 图1 柔性阵列化涡流检测探头、 系统及涂层厚度测定结果 针对多层结构，团队基于电磁能量管理思路，提出了选频带脉冲涡流层析成像方法，通过选择激励信号能量频段，实现了入射能量目标透入深度和强度的有效调节和多层结构缺陷的层析成像，提高了多层结构不同深度缺陷的检测灵敏度。同时，提出了一种信号高频成分分离策略，实现了高频分量从选频带脉冲涡流响应信号的有效分离和对浅层缺陷的定量；最后利用全频响应信号反演重构了复合缺陷中深层缺陷的参数，实现了复合缺陷的定量检测评价。 围绕团队提出的脉冲调制涡流检测及磁场梯度脉冲涡流检测方法，建立基于平面电流探头的暂态涡流检测理论解析模型，提出复数特征值方程高效求根算法，实现了对损伤检测信号（三维磁场、磁场梯度）的高效计算。同时，针对复合型损伤的暂态涡流成像及定量评估，提出了基于稀疏贝叶斯压缩感知-稀疏去噪模型和卷积神经网络的损伤成像及局部深度重构方法，实现了对复合型损伤边缘、三维形貌的重现和可视化，如图2所示。 图2 检测探头、磁场梯度脉冲涡流检测 构件损伤成像及重建结果示例 研究进展 2电磁超声检测新方法、探头新构型、系统研发及应用 开发了32通道阵列检出、16通道相控阵激励的相控阵电磁超声检测系统和长脉冲大电流偏置磁体驱动系统，设计制作了相控阵激励和阵列检测的偏置磁体线圈，实现了柔性化阵列检出相控阵电磁超声检测。开发了柔性检测线圈阵列，提出了相控阵电磁超声激励线圈和柔性偏置磁体构型，基于相控阵和全矩阵检测原理有效提升了电磁超声检测性能。开发了界面、控制和分析处理软件，形成了阵列检出柔性相控阵电磁超声检测样机，基于相控阵阵列探头和模拟试件验证了检测方法和仪器系统的有效性。阵列检出柔性相控阵电磁超声检测样机及典型检测结果示例如图3所示。 （a）检测样机 （b）检测结果示例 图3 阵列检出柔性相控阵电磁超声 检测样机及典型检测结果示例 开展了新型柔性贴片磁致伸缩超声导波传感器设计开发。提出和开发了一种新型高性能柔性贴片磁致伸缩超声导波传感器，如图4(a)所示，具有结构轻薄柔性，可实现单一模态超声导波的激发和接收，在结构健康监测领域具有很大应用潜力。研发了基于柔性贴片磁致伸缩传感器阵列的曲面结构健康监测方法及系统，系统框架如图4(b)所示，建立了基于柔性贴片磁致伸缩超声导波传感器阵列的结构健康监测方法，可实现曲面结构内部缺陷的在线检测和成像。 （a）传感器 （b）系统框架 图4 柔性贴片磁致伸缩超声导波 传感器及曲面结构健康监测系统 针对小直径复杂管路，提出了相控阵定向增强电磁超声导波传感器及检测方法，开发了一种可大幅度提高复杂小直径管路检测距离的相控阵定向增强电磁超声导波传感器及缺陷检测方法。同时，提出了基于新型激光超声的涂层厚度无损测量方法，建立了一种基于光栅激光超声表面波声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法，有效解决了传统超声方法表面盲区效应导致的不可测问题。小直径复杂管路相控阵定向增强电磁超声导波传感器及检测方法示意如图5所示。 图5 小直径复杂管路相控阵定向增强 电磁超声导波传感器及检测方法示意 研究进展 3金属构件缺陷多物理场同步检测 针对团队提出的脉冲涡流-电磁超声一体化复合无损检测方法，基于检测信号的时频特性，开发了基于滤波和小波变换的复合信号分离方法，成功提取出被始波淹没的瞬态信号，如图6所示，攻克了超声检测的表面盲区难题，实现了表面-内部缺陷的同步检测，并在多种能源结构检测中得到应用。 图6 原始检测信号的分离提取 同时，为判断缺陷对金属结构的危害程度，基于电磁检测信号对缺陷进行了定量评估。开发了基于遗传算法和神经网络的缺陷反演重构方法和相应的程序软件。基于数值模拟和实验测量信号对表面裂纹和底部减薄缺陷进行了定量重构，明确了缺陷定量重构方法的有效性，如图7所示。 (a) 试验测得的脉冲涡流扫描信号 (b) 试验测得的电磁超声扫描信号 (c) 表面裂纹的重构结果 (d) 底部减薄缺陷的重构结果 图7 基于脉冲涡流-电磁超声一体化 检测方法的复合缺陷重构结果 提出了采用新型涡流红外激励传感器在被测构件表面激发区域均匀的涡流场和温度场，增加了疲劳裂纹红外检测的灵敏度。传感器采用铁氧体磁轭结构提高了红外测量视野，同时也可激发更加均匀的温度场。其次，提出了PCA（主成分分析）与二维小波变换相结合的混合图像处理策略，实现了疲劳裂纹红外信号特征的有效提取和量化，如图8所示。通过数值模拟和无损检测实验验证了所开发方法和系统的可行性及有效性，为疲劳裂纹深度轮廓的无损检测评估提供了技术途径。 (a) 处理流程图 (b) 真实裂纹形貌及其预测结果 图8 基于主成分分析和二维小波变换的图像处理算法及对疲劳裂纹深度预测 研究进展 4微磁、微波定量检测 磁巴克豪森信号（MBN）对材料中的微缺陷敏感，被用于残余应力和塑性变形的无损检测评价。研究了磁畴运动引起的磁化态跃迁的机理模型，讨论了其物理描述、磁化矫正、求解方法以及在微磁无损检测中的适用性。基于有限差分法求解了不同激励下被检对象中的磁化分布，通过迭代算法模拟了检测过程中的磁畴演化，实现了磁巴克豪森信号的数值模拟分析。结合已有实验数据与理论分析，通过理论模型研究了激励频率、材料塑性变形和应力水平对磁巴克豪森信号的影响规律，同时解释了微磁检测中出现的一些基本现象和信号特征。磁态化跃迁模型及塑性变形对MBN特征的作用规律如图9所示。 (a) 局部磁化的非连续性跃迁 (b) 4个关键点对应的磁畴跃迁 (c) 团队模型和现有模型的磁化进程对比 (d) 塑性变形对MBN峰值场的影响 图9 磁态化跃迁模型及塑性变形 对MBN特征的作用规律 针对典型介电材料（GFRP或PE）和结构（复合绝缘子等）可能出现的脱黏缺陷、埋深缺陷（裂纹、空洞等），探索了多频段（C、K、Ka等）扫频微波检测方法。结合微波检测时、频信号分析及特征提取，提出基于奇异值分解和主成分分析的微波直达波消除方法，有效提高了微波损伤检测成像精度。同时，提出基于时域选通门、匹配滤波器和范围迁移算法的介电材料结构损伤微波检测图像修正方法，有效提高了损伤图像信噪比和成像精度。GFRP脱黏缺陷、复合绝缘子内部损伤的微波检测及成像结果如图10所示。 图10 GFRP脱黏缺陷、复合绝缘子 内部损伤的微波检测及成像结果 年度代表成果 发表期刊论文23篇。 授权和申请发明专利12篇。 做大会报告和邀请报告5次。 结 语 2022年西安交通大学无损检测实验室在无损检测仪器开发、检测理论与计算方法、检测新技术、新探头及应用等方面继续开展了深入研究，取得了系列研究进展。所取得的研究成果得益于国家项目、国内外同行和学校学院的大力支持和合作，在此表示诚挚的感谢和敬意。 “犯其至难而图其至远”，2023年，实验室将继续在无损检测技术开发领域发光发热，真诚期望与国内外专家同行深入开展更为密切的交流合作，合力解决无损检测前沿问题、行业共性难题，突破核心技术和瓶颈，为我国成为无损检测理论、技术和应用强国贡献力量。
