[发明专利]基于交流电磁场的水下结构裂纹扩展可视化监测系统

说明书

本发明公开了基于交流电磁场的水下结构裂纹扩展可视化监测系统，涉及无损检测缺陷评估技术领域，包括：利用线圈设计制作交流电磁场监测传感阵列，封装形成交流电磁场监测传感模组，设计功率放大电路为交流电磁场监测传感模组提供激励信号，设计差分放大电路对微弱传感信号进行放大，设计多路复用电路实现多路传感信号的分时复用，设计信号滤波放大电路对信号进一步滤波放大，设计检波电路将交流信号转化为直流信号，采用NI采集卡实现激励信号发生、多路复用控制信号输出和信号采集，最终实现结构裂纹扩展可视化监测信号的处理和采集。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，尤其涉及一种基于交流电磁场的结构裂纹扩展可视化监测系统。

背景技术

海洋结构物长期在海水环境中服役，由于海水腐蚀作用，结构表面很容易产生各类腐蚀缺陷。由于涂层覆盖、附着物堆积等因素，传统无损检测技术在水下结构物检测过程中需要在大面积清理附着物、彻底破坏涂层情况下对缺陷进行检测和评估，作业工序复杂，效率低下，结构表面清理和涂层修复成本高昂。尤其在深水区域，例行检测作业间隔周期长，造成初级萌生裂纹漏检。

交流电磁场检测(Alternating Current Field Measurement-ACFM)技术是一种新兴电磁无损检测技术，主要用于导电材料表面裂纹检测，其利用检测探头在导电试件表面感应出的均匀电流，电流在缺陷周围产生扰动引起空间磁场畸变，通过测量畸变磁场进行缺陷的检测和评估。当无缺陷存在时，导电试件表面电流呈均匀状态，空间磁场无扰动。由于具有非接触测量、定量评估等优势，广泛应用于各类海洋结构物缺陷检测。现有ACFM技术依据特征信号Bx、Bz及蝶形图进行缺陷判定，其中Bx和Bz信号分别为平行于试件表面(与探头扫查方向平行)和垂直于试件表面的磁场信号，特征信号Bx可对裂纹深度评估，特征信号Bz对裂纹长度评估。

传统ACFM检测系统探头为立体壳状结构，无法适应结构关键节点贴合；同时传感器排布也为单点或线阵，不能够实现面积区域裂纹监测；ACFM硬件系统适用于单阵列或少数阵列传感器信号处理，不能满足大规模监测传感器信号采集与处理，此外采用常规Bx和Bz幅值特征信号不能显示裂纹扩展端点和边缘图像，无法满足实时可视化监测需求。

因此，有必要提出一种准确性高、实时性好、能够实现海洋结构物附着物及涂层下裂纹扩展可视化监测硬件系统，通过交流电磁场监测可在不祛除附着物和涂层情况下对裂纹扩展实现长期、实时、定点的可视化监测，为海洋结构物腐蚀裂纹的监测、评估及寿命预测提供精准数据支撑。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于交流电磁场的水下结构裂纹扩展可视化监测系统，柔性监测传感阵列实时获取结构表面畸变磁场信号，同时对该信号进行处理和采集，为海洋结构物缺陷检测评估、寿命预测提供精准、实时数据来源支撑。

一种基于交流电磁场的水下结构裂纹扩展可视化监测系统，主要包括，紧密贴附于被测表面的柔性交流电磁场监测传感模组，交流电磁场监测仪、USB数据线和计算机，所述柔性交流电磁场监测传感模组包括柔性PCB激励模块和柔性监测传感阵列模块，所述交流电磁场监测仪包括信号调理模块、信号采集模块、功率放大模块和稳压电源模块，所述计算机通过USB数据线与交流电磁场监测仪中的信号采集模块连接；

所述柔性PCB激励模块采用M(M≥1)层双矩形传感线圈印制在柔性基底上，双矩形线圈内分别加载方向不同方向的激励信号，所述柔性监测传感阵列包括柔性平面PCB模块和固定在其上的m行n列的传感线圈，传感线圈外径为D(D10mm)，内径为d(dD)，传感线圈匝数为N，传感线圈轴线与平面PCB垂直，传感线圈之间中心距离为3mm-20mm，所述传感线圈可由磁场传感器替代；

所述稳压模块与信号调理模块、信号采集模块和功率放大模块连接，所述柔性PCB激励模块与功率放大模块的输出端连接，所述功率放大模块的输入端与信号采集模块的模拟信号输出端连接；