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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着科学技术的发展，在机械制造，航空航天，交通工具等等这些行业中，金属材料被大量使用，各种机械设备中90%的材料是用金属制造，金属材质直接关系到产品质量、生产安全等问题，由于选材或使用不当以及自身老化会造成材料过早失效，甚至可能引发重大安全事故。而且，金属零件表面在生产、加工和使用中，会由于不均匀的受力而产生微裂纹，带有微裂纹的工件在继续使用过程中，所受外力达到工件所能承受最大力度时，表面微裂纹就会扩展，甚至造成零件断裂。裂纹的存在会降低工件的机械性能，严重时也会发生重大安全隐患。因此，对产品的原材料、半成品等在使用前的检测过程是机械行业中质量控制的一个关键环节，金属材质与裂纹的检测在工业领域一直备受关注。近年来，无损检测技术(non-destructive testing.ndt)吸引了大量学者和工业人员对它的研究。无损检测是指在保证被检构件的物理完整性和使用功能完整性的情况下，利用物理方法，对构件进行检测，然后基于构件自身的物理属性，构件会有相应的物理反应，最后通过分析检测到的反应信号，准确的对构件缺陷的位置、大小进行判断，并评估出危害程度品。无损检测技术已经在现代工业产品的制造和使用维护过程中占据了重要的一席之地，而电磁涡流检测技术作为一种重要的无损检测技术，具有许多其他检测方式不具备的特点，电磁涡流传感器可以实现对金属的非接触式检测，并且结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、体积小等等，被广泛应用在金属材质检测领域，在金属探伤方面的应用也取得了突出的效果。

国内外研究现状

国外对于电磁检测技术的研究相对国内起步较早，而且发展水平也比较高。20世纪50年代，德国forster对消除电磁仪中某些干扰因素进行了理论分析和实验研究，提出了阻抗分析法，涡流检测有了实质性的突破^[1]。l. udpa and w. lord^[2]根据有限元模型在给定探针响应信号的情况下重建了测试样本内部中的缺陷。y. gotoh等人^[3]利用三维（3-d）轴对称有限元方法（fem）和实验测量了钢中锈区的电磁特性。noushin karimian等人^[4]提出了一种新颖的电磁张量谱（emts）设计传感器系统，采用电磁阵列确定每个金属片的导电率然后可以用来分类金属类型。在仪器设备方面，20世纪70年代，西德forster研究所就在研制并售出用于混料分选的各种电磁分选仪，如magnatest qs3.204、magnatest vrh3. 222等。80年代，日本也研制出小型化的异材试验器及金属材料简易判别和分析器，电磁分选技术飞速发展^[5]。

我国对电磁检测技术的研究较晚，60年代初期开始了对涡流检测技术的研究，yy-11涡流探伤仪是我国第一台具有相位调制和幅度分析功能的仪器^[6]。80年代才发表了一些较有分量的论文，上海研究所的黎润民^[7]提出了涡流检测的有限元模型和表面涡流探头的有限元分析并用于计算不同类型和不同尺寸表面探头阻抗与缺陷深度以及与提离之间的关系。上海交通大学的吴祖育等人^[8]从分析钢领表面具体情况出发对钢领表面缺陷的涡流检测方法和检测装置进行了初步研究并取得了初步成果。在实用型产品方面，哈尔滨科学技术大学的万国庆和樊景云教授^[9]研制出了wgf-1型微机式钢铁材质自动分选仪，可直接显示结构钢的含碳量。南京海宁实业有限公司生产的sgzf-Ⅱ数字式钢铁材质无损分选仪非常适合碳素结构钢的混料分选^[10]。目前我国一些研究结构在bp神经网络识别缺陷方面取得较大进展，已接近发达国家的研究水平，推动了电磁涡流检测技术的发展^[11]。

2. 研究的基本内容

(1)文献检索，充分了解铁磁性材料分选仪的国内外发展现状。

(2)研究电磁涡流检测技术的基本原理,完成系统总体方案设计。

(3)研究铁磁性材料分选仪的硬件电路设计。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1.实施方案

(1)总体方案设计:

系统检测探头由激励线圈和检测线圈组成，首先激励信号源通过功率放大电路驱动两个激励线圈产生交变磁场分别扫描待测试样和标准试样，两个检测线圈分别采集两路信号通过信号调理电路滤除信号中的噪声并将信号放大到合适范围，再通过数据采集卡送至上位机系统，上位机通过labview软件对两路信号进行差分处理，分析输出信号实现待测金属的材质分析和表面裂纹的检测，结果由基于labview的人机交互界面显示。系统总体结构图如下图所示。

4. 参考文献

[1]robert d. shaffer. eddy current testing [j].today and tomor-row. materials evaluation,jan 1994,28 - 32.

[2]l. udpa and w. lord, 'a search-based imaging system forelectromagnetic nondestructive testing,' in ieee expert, vol. 4, no. 4,pp. 18-26, winter 1989.

[3]y. gotoh, h. hirano, m. nakano, k. fujiwara and n.takahashi, 'electromagnetic nondestructive testing of rust region in steel,'in ieee transactions on magnetics, vol. 41, no. 10, pp. 3616-3618, oct. 2005.