儲(chǔ)罐底板電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器的研制

史明澄　王俊杰　孫令司　胡斌　沈功田　武新軍

摘 要 針對(duì)儲(chǔ)罐底板在役檢測(cè)過(guò)程中遇到的難題，研制可以實(shí)現(xiàn)漏磁、電磁超聲、導(dǎo)波和脈沖渦流4種檢測(cè)方法的復(fù)合檢測(cè)儀器。提出結(jié)合繼電器和電源穩(wěn)壓模塊的電源供電方案，解決復(fù)合儀器研制相關(guān)的硬件電路中多電平、多頻率復(fù)合時(shí)所引入的串?dāng)_問(wèn)題。其中復(fù)合儀器的電磁超聲測(cè)厚采用基于閾值電平的脈沖計(jì)數(shù)法全硬件實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量，需要對(duì)部分硬件參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，開(kāi)發(fā)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列和數(shù)字電位器的程控調(diào)節(jié)方案，使增益、閾值、時(shí)延等電路參數(shù)可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)基于閾值電平脈沖計(jì)數(shù)法的電磁超聲測(cè)厚。最后，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波、漏磁、電磁超聲以及脈沖渦流檢測(cè)，各檢測(cè)模塊工作正常。

關(guān)鍵詞 無(wú)損檢測(cè) 電-磁-聲復(fù)合檢測(cè) 儲(chǔ)罐底板 電源控制 程控調(diào)節(jié)

中圖分類(lèi)號(hào) TH878? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? ?文章編號(hào) 1000-3932（2023）04-0459-08

儲(chǔ)罐在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于內(nèi)外介質(zhì)腐蝕等原因，會(huì)產(chǎn)生凹坑、裂紋、漏孔等缺陷，不僅會(huì)造成油品泄漏，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)引起火災(zāi)等事故，儲(chǔ)罐底板腐蝕是最為常見(jiàn)的安全隱患之一［1］，因此必須定期進(jìn)行檢測(cè)和維修。隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求也越來(lái)越高，研制高效檢測(cè)設(shè)備勢(shì)在必行。

當(dāng)前應(yīng)用于儲(chǔ)罐底板檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)方法有超聲、漏磁、導(dǎo)波、脈沖渦流等。其中，超聲檢測(cè)分為壓電超聲檢測(cè)和電磁超聲檢測(cè)，壓電超聲檢測(cè)需要耦合劑，對(duì)檢測(cè)表面要求較高；電磁超聲檢測(cè)為非接觸式檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單檢測(cè)精度較高［2，3］，但電磁超聲對(duì)于點(diǎn)狀腐蝕不敏感；漏磁檢測(cè)［4］也是非接觸式檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，適用于儲(chǔ)罐底板的快速檢測(cè)，但漏磁檢測(cè)也存在對(duì)均勻腐蝕減薄不敏感的問(wèn)題；超聲導(dǎo)波檢測(cè)［5，6］可快速進(jìn)行較遠(yuǎn)距離檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位，但無(wú)法測(cè)量壁厚，不能量化缺陷。脈沖渦流檢測(cè)［7］也是非接觸式檢測(cè)方式，對(duì)提離和溫度變化不敏感，因此檢測(cè)時(shí)無(wú)需清除儲(chǔ)罐底板上的淤泥，但脈沖渦流檢測(cè)的檢測(cè)精度較低。

對(duì)于儲(chǔ)罐底板檢測(cè)，特別是為適應(yīng)未來(lái)無(wú)需開(kāi)罐的在油檢測(cè)要求，單一的檢測(cè)方式已經(jīng)無(wú)法滿足需要?？紤]儲(chǔ)罐的在油情況，進(jìn)入儲(chǔ)罐的檢測(cè)儀器功能越多，一次性獲取的信息也越多。為此，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院和華中科技大學(xué)合作研制了集成漏磁、電磁超聲和導(dǎo)波的復(fù)合檢測(cè)系統(tǒng)［8］，筆者在上述工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展集成漏磁、電磁超聲、導(dǎo)波和脈沖渦流［9］4種檢測(cè)方法的儲(chǔ)罐底板電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器的研制。由于多種檢測(cè)方法復(fù)合，不同檢測(cè)方法的工作頻率及電源電壓有所區(qū)別，為解決硬件電路中多電平和多頻率所引入的串?dāng)_問(wèn)題，提出結(jié)合繼電器和電源穩(wěn)壓模塊的電源控制方案，此次研制的電磁超聲檢測(cè)模塊采用在硬件電路上對(duì)電磁超聲峰值進(jìn)行閾值比較，從而得到兩個(gè)回波的間隔時(shí)間，進(jìn)而得到儲(chǔ)罐底板的厚度［10］。由于不同材料的磁化特性不同，電磁超聲的信號(hào)強(qiáng)弱也不同，因此，需要通過(guò)上位機(jī)對(duì)電磁超聲的幅值、閾值和時(shí)延3個(gè)硬件參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而正確判斷兩個(gè)回波信號(hào)的間隔時(shí)間，基于此項(xiàng)要求，開(kāi)發(fā)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列和數(shù)字電位器的程控調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)增益、閾值和時(shí)延參數(shù)的程控調(diào)節(jié)。

1 電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器

電磁復(fù)合檢測(cè)儀器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。考慮到無(wú)需開(kāi)罐的在油檢測(cè)要求，信號(hào)傳輸方式選用光纖，上位機(jī)通過(guò)光端機(jī)和下位機(jī)通信。供電采用24 V直流供電，圖1中的粗箭頭代表供電線。24 V（DC）經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)? V（DC），為光端機(jī)和主控模塊供電，同時(shí)5 V（DC）電源還通過(guò)繼電器組，在脈沖渦流檢測(cè)時(shí)為脈沖渦流控制模塊供電。

在選擇不同檢測(cè)模式時(shí)，上位機(jī)發(fā)送指令，選擇繼電器給相應(yīng)檢測(cè)模塊供電使檢測(cè)模塊工作，然后傳輸相應(yīng)控制參數(shù)和采集指令到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）。

在導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)PGA發(fā)送指令控制D/A轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)在經(jīng)過(guò)功率放大電路放大后驅(qū)動(dòng)變壓器產(chǎn)生激勵(lì)交流電流到激勵(lì)線圈，激勵(lì)線圈在外加偏置磁場(chǎng)的作用下在被測(cè)對(duì)象表面感應(yīng)出與其交流電流方向相反的渦流，基于洛倫茲力機(jī)理，渦流在靜態(tài)偏置磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生垂直于渦流方向的交變洛倫茲力，從而在被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生與洛倫茲力方向相同的機(jī)械振動(dòng)，最終激勵(lì)出導(dǎo)波信號(hào)。接收過(guò)程為激勵(lì)過(guò)程的逆過(guò)程，即試件內(nèi)的超聲導(dǎo)波在靜態(tài)磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，接收線圈感應(yīng)到周?chē)艌?chǎng)變化，又轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。而接收到的電壓信號(hào)幅值一般很小，需要經(jīng)過(guò)導(dǎo)波信號(hào)預(yù)處理電路將信號(hào)放大一定倍數(shù)后，再通過(guò)A/D采集將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給下位機(jī)FPGA，下位機(jī)再將信號(hào)傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示分析。

在漏磁檢測(cè)時(shí)，霍爾元件感應(yīng)到磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電壓信號(hào)，電壓信號(hào)在漏磁信號(hào)預(yù)處理電路進(jìn)行預(yù)處理。由于漏磁信號(hào)的通道數(shù)較多，為了緩解硬件壓力，采用模擬多路復(fù)用電路依次采集各個(gè)通道經(jīng)預(yù)處理后的漏磁信號(hào)，再通過(guò)A/D將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給下位機(jī)FPGA，下位機(jī)再將信號(hào)傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示分析。

在電磁超聲檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)PGA通過(guò)I/O口控制光耦開(kāi)關(guān)，利用并聯(lián)諧振電路產(chǎn)生高頻激勵(lì)信號(hào)，高頻激勵(lì)信號(hào)通過(guò)MOS管放大在激勵(lì)線圈產(chǎn)生高頻交變激勵(lì)電流，進(jìn)而在線圈周?chē)a(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，在被測(cè)對(duì)象表面趨膚深度內(nèi)形成感應(yīng)渦流。在偏置磁場(chǎng)的作用下，試件表面會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)力或應(yīng)變，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)并在試件中傳播形成超聲波。在接收時(shí)，接收線圈通過(guò)感應(yīng)試件內(nèi)部微觀粒子振動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生的磁場(chǎng)波動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，對(duì)信號(hào)放大濾波預(yù)處理，采用閾值比較的方式將回波信號(hào)截取轉(zhuǎn)換為僅包含回波聲時(shí)信息的脈沖電平信號(hào)，進(jìn)而采用脈沖計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)試件厚度測(cè)量。同時(shí)，為了避免噪聲的影響，需要設(shè)置時(shí)延使電平信號(hào)保持一段時(shí)間，最終無(wú)需A/D轉(zhuǎn)換，僅通過(guò)FPGA芯片I/O口即可獲取回波信號(hào)聲時(shí)信息。

在脈沖渦流檢測(cè)時(shí)，脈沖渦流控制模塊通過(guò)D/A產(chǎn)生脈沖渦流激勵(lì)波形，經(jīng)過(guò)功率放大模塊在激勵(lì)線圈中產(chǎn)生電流脈沖，此時(shí)在線圈周?chē)a(chǎn)生的電磁場(chǎng)由兩部分疊加而成：一部分是直接從線圈中耦合出的一次電磁場(chǎng)，另一部分是試件中感應(yīng)出的渦流場(chǎng)所產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)形成的脈沖渦流信號(hào)，在被接收線圈接收后，經(jīng)過(guò)脈沖渦流前置放大電路，通過(guò)A/D采樣采集到脈沖渦流控制模塊中。

在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證檢測(cè)儀器的便攜性，整個(gè)儀器采用直流24 V供電，經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為直流5 V，供給光端機(jī)、主控模塊、繼電器模塊及各檢測(cè)模塊信號(hào)預(yù)處理單元；另一方面，導(dǎo)波和電磁超聲檢測(cè)模塊分別包含有24 V轉(zhuǎn)直流285 V與直流550 V高壓激勵(lì)模塊，因此，該設(shè)計(jì)需要考慮大功率信號(hào)和弱信號(hào)之間的干擾問(wèn)題。從頻率來(lái)看，漏磁檢測(cè)信號(hào)小于1 kHz，導(dǎo)波信號(hào)200～300 kHz，電磁超聲信號(hào)一般大于1 MHz，而脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)則是一個(gè)寬帶信號(hào)。因此，需要對(duì)各個(gè)檢測(cè)模塊之間進(jìn)行電磁隔離，避免檢測(cè)信號(hào)相互之間的串?dāng)_。

在復(fù)合檢測(cè)儀器研制時(shí)存在的一個(gè)難點(diǎn)是，為提高儀器復(fù)合效率，減少A/D采樣所造成的硬件負(fù)擔(dān)，電磁超聲測(cè)厚采用基于閾值電平的脈沖計(jì)數(shù)法全硬件實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量。在使用該方法測(cè)量厚度時(shí)需要對(duì)增益、閾值、時(shí)延等硬件參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲取準(zhǔn)確的電磁超聲測(cè)厚信號(hào)。如何通過(guò)上位機(jī)控制電磁超聲測(cè)厚的硬件參數(shù)是需要解決的另一個(gè)難題。

2 檢測(cè)儀器電磁兼容設(shè)計(jì)

在復(fù)合檢測(cè)儀器研制過(guò)程中，由于各種檢測(cè)模塊電平與所使用頻率不同，造成儀器內(nèi)部電磁環(huán)境復(fù)雜。其中，通過(guò)地線形成傳導(dǎo)的干擾問(wèn)題尤為突出，各個(gè)檢測(cè)模塊在檢測(cè)過(guò)程中由于其他模塊的干擾會(huì)導(dǎo)致干擾噪聲較大。如圖2所示，圖2a是正常的電磁超聲測(cè)厚信號(hào)，回波信號(hào)主要包括阻塞區(qū)、多個(gè)脈沖回波和噪聲，通過(guò)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行聲時(shí)計(jì)算可以得到試樣的厚度；圖2b是復(fù)合儀器直接復(fù)合得到的電磁超聲信號(hào)，可以看到信號(hào)中混入了一個(gè)幅值較大且頻率一定的噪聲，致使儀器無(wú)法正常測(cè)厚。

大電容放電引起的電磁沖擊問(wèn)題是影響儀器工作的另外一個(gè)問(wèn)題。在導(dǎo)波和電磁超聲的激勵(lì)模塊中，為了保證高壓穩(wěn)定，存在許多大電容，在儀器切換檢測(cè)模式時(shí)，這些電容會(huì)進(jìn)行充/放電，致使FPGA芯片工作異常，強(qiáng)行進(jìn)行檢測(cè)甚至?xí)?dǎo)致電路板燒壞。

為解決上述兩個(gè)問(wèn)題，采用下述儀器供電方案：

a. 繼電器控制模塊。采用圖3所示的繼電器控制模塊實(shí)現(xiàn)儀器不同檢測(cè)模式的切換，F(xiàn)PGA通過(guò)I/O口控制無(wú)觸點(diǎn)固態(tài)繼電器組，從而實(shí)現(xiàn)漏磁、電磁超聲、導(dǎo)波、脈沖渦流檢測(cè)模塊的工作

狀態(tài)切換，避免不同檢測(cè)模塊之間的干擾，降低儀器功耗的同時(shí)也規(guī)避了不同檢測(cè)模式同時(shí)工作可能造成的風(fēng)險(xiǎn)。

DC隔離穩(wěn)壓電源模塊，該電源模塊的輸出電壓為5.3 V；第2級(jí)采用輸出電壓可調(diào)的低壓降穩(wěn)壓模塊進(jìn)一步穩(wěn)定電源，同時(shí)為下一級(jí)芯片需要的壓降提供電壓余量；第3級(jí)采用噪聲敏感型低壓差穩(wěn)壓芯片，將輸出電壓穩(wěn)定在5.0 V。經(jīng)測(cè)試，設(shè)計(jì)的三級(jí)穩(wěn)壓電路能夠達(dá)到低噪聲水平及較高功率的要求，并且轉(zhuǎn)換效率較高，避免了一般降壓穩(wěn)壓電路的發(fā)熱問(wèn)題。

3 電磁超聲硬件電路參數(shù)可編程調(diào)節(jié)

電磁超聲測(cè)厚是通過(guò)測(cè)量回波到達(dá)的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算被測(cè)對(duì)象的厚度。在電路實(shí)現(xiàn)上，就是將檢測(cè)到的超聲回波信號(hào)利用比較器方式變?yōu)殚T(mén)信號(hào)電平脈沖，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)門(mén)信號(hào)電平脈沖的時(shí)間間隔得到檢測(cè)對(duì)象厚度。檢測(cè)過(guò)程中，由于材料電磁特性、探頭提離等因素，超聲回波信號(hào)也有一定差異。為實(shí)現(xiàn)電磁超聲測(cè)厚，需要對(duì)信號(hào)幅值、比較器閾值和鎖存所需時(shí)延3個(gè)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)，未來(lái)在進(jìn)行無(wú)需開(kāi)罐的在油檢測(cè)時(shí)，無(wú)法對(duì)參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，因此，采用數(shù)字電位器的方式實(shí)現(xiàn)增益、閾值和時(shí)延的程控調(diào)節(jié)。

數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱(chēng)數(shù)控可編程電阻器，是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數(shù)字、模擬混合信號(hào)處理的集成電路。在此選用AD公司的數(shù)字電位器芯片AD5259，其調(diào)節(jié)位數(shù)為8位，共256級(jí)調(diào)節(jié)，采用I2C通信，可以通過(guò)控制兩個(gè)地址引腳的高、低電平實(shí)現(xiàn)一對(duì)I2C總線控制4個(gè)數(shù)字電位器。電磁超聲測(cè)厚包括4個(gè)通道，每個(gè)通道都分別有增益、閾值和時(shí)延3個(gè)參數(shù)需要調(diào)節(jié)，共需要12個(gè)數(shù)字電位器，也就是總共需要3對(duì)I2C總線?？刂茢?shù)字電位器實(shí)現(xiàn)電磁超聲檢測(cè)的流程如圖5所示，數(shù)字電位器的3個(gè)引腳分別為A、B和W，W為滑動(dòng)端，以通道1為例，電磁超聲檢測(cè)時(shí)，上位機(jī)發(fā)送指令到下位機(jī)，下位機(jī)通過(guò)I2C通信調(diào)節(jié)通道1增益控制的數(shù)字電位器，改變壓控運(yùn)放控制端的電壓，進(jìn)而改變信號(hào)放大倍數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)通道1閾值控制的數(shù)字電位器改變閾值電壓，使回波信號(hào)幅值大于閾值的信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，小于閾值的信?hào)變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)通道1時(shí)延控制的數(shù)字電位器改變RC時(shí)延電路中電阻的阻值進(jìn)而改變時(shí)延時(shí)間。

在電磁超聲回波信號(hào)到達(dá)后，先經(jīng)過(guò)壓控運(yùn)放電路將其放大到一定的幅值。當(dāng)放大后的信號(hào)幅值大于閾值電平時(shí)，OUT電平由低變?yōu)楦?，而OUT電平受時(shí)延電路影響，高電平會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，此時(shí)與門(mén)輸出一直為高電平，latch端為高電平，比較器鎖存。當(dāng)時(shí)延時(shí)間結(jié)束后，OUT電平由高變?yōu)榈?，與門(mén)輸出變?yōu)榈碗娖?，latch端變?yōu)榈碗娖剑容^器解除鎖存，等待下一個(gè)大于閾值的電平信號(hào)。從而將電磁超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，通過(guò)數(shù)字脈沖間隔即可得到聲時(shí)值，最后根據(jù)聲時(shí)值計(jì)算得到儲(chǔ)罐底板厚度。

4 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，研制如圖6所示的儲(chǔ)罐底板電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器。用該儀器對(duì)厚度為10 mm/20 mm的碳鋼階梯板進(jìn)行電磁聲復(fù)合檢測(cè)測(cè)試。

導(dǎo)波檢測(cè)信號(hào)如圖7a所示，階梯處厚度變化產(chǎn)生的回波信號(hào)明顯。電磁超聲和漏磁檢測(cè)信號(hào)如圖7b所示，鋼板階梯厚度變化處漏磁信號(hào)明顯，同時(shí)電磁超聲傳感器測(cè)得階梯板兩個(gè)厚度，由于探頭空間布置原因，電磁超聲測(cè)得的階梯位置比漏磁滯后。圖7c給出了在階梯板10 mm和20 mm厚區(qū)域的脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)，區(qū)別明顯。證實(shí)所研制的電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波、漏磁、電磁超聲以及脈沖渦流檢測(cè)，各檢測(cè)模塊工作正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

在分析儲(chǔ)罐底板檢測(cè)需求的基礎(chǔ)上，成功研制集導(dǎo)波、漏磁、電磁超聲和脈沖渦流檢測(cè)為一體的儲(chǔ)罐底板電-磁-聲復(fù)合檢測(cè)儀器。首先介紹儀器整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)思路。其次，為解決各個(gè)檢測(cè)模塊之間的傳導(dǎo)干擾和大電容引起的電源沖擊問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用繼電器控制實(shí)現(xiàn)檢測(cè)模塊工作切換，同時(shí)設(shè)計(jì)了適應(yīng)復(fù)合儀器的三級(jí)電源轉(zhuǎn)換與穩(wěn)壓模塊。針對(duì)電磁超聲無(wú)A/D采集的需求，設(shè)計(jì)基于I2C通信的多通道數(shù)字電位器硬件電路信號(hào)調(diào)節(jié)單元，實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位機(jī)對(duì)硬件電路參數(shù)的程控調(diào)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)電磁超聲無(wú)A/D超聲測(cè)厚的同時(shí)提高儀器使用工況的適應(yīng)性。最后，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了相關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在10 mm/20 mm厚階梯鋼板上信號(hào)明顯。該復(fù)合檢測(cè)儀器彌補(bǔ)了單一檢測(cè)儀器的不足，能夠滿足更為復(fù)雜的檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)環(huán)境的檢測(cè)需求，同時(shí)對(duì)如何解決復(fù)合系統(tǒng)的電磁兼容問(wèn)題以及提高系統(tǒng)適應(yīng)性具有一定的意義。

后續(xù)將圍繞這一復(fù)合檢測(cè)儀器，繼續(xù)開(kāi)展導(dǎo)波、漏磁、電磁超聲和脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的信息融合等方面的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 李春樹(shù)，柳曾典，王印培.常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕安全評(píng)估［J］.壓力容器，2009，26（2）：35-38.

［2］ DIXON S，EDWARDS C，PALMER S B.High accuracy non-contact ultrasonic thickness gauging of aluminium sheet using electromagnetic acoustic transducers［J］.Ultrasonics，2001，39（6）：445-453.

［3］ 丁秀莉，武新軍，郭鍇，等.電磁超聲傳感器工作原理與結(jié)構(gòu)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2015，37（1）：96-100.

［4］ 沈功田，王寶軒，郭鍇.漏磁檢測(cè)技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2017，33（9）：43-52.

［5］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.無(wú)損檢測(cè) 超聲導(dǎo)波檢測(cè) 總則：GB/T 31211—2014［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［6］ MIAO H，LI F.Shear horizontal wave transducers for structural health monitoring and nondestructive testing：A review［J］.Ultrasonics，2021，114：106355.

［7］? ?SOPHIAN A，TIAN G，F(xiàn)AN M.Pulsed eddy current non-destructive testing and evaluation：A review［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2017，30（3）：500-514.

［8］ 沈功田，武新軍，王寶軒，等.基于頻域可變的大型鋼結(jié)構(gòu)鋼板腐蝕電磁檢測(cè)儀器的開(kāi)發(fā)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2021，57（6）：1-9.

［9］ 武新軍，黃琛，丁旭，等.鋼腐蝕脈沖渦流檢測(cè)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用［J］.無(wú)損檢測(cè)，2010，32（2）：127-130.

［10］ 張翱龍，呂馳，王俊杰，等.儲(chǔ)罐底板電磁超聲測(cè)厚系統(tǒng)研制［J］.壓力容器，2022，39（4）：75-82.

（收稿日期：2023-01-13，修回日期：2023-03-02）

Development of Composite Electro-Magnetic-Acoustic

Detection Instrument for Tank Bottom Plate

SHI Ming-cheng WANG Jun-jie SUN Ling-si HU Bin

SHEN Gong-tian WU Xin-jun

（1. School of Mechanical Science and Engineering， Huazhong University of Science and Technology；

2. China Special Equipment Inspection and Research Institute）

Abstract? ?Aiming at the difficulties in detecting storage tanks bottom plate， a composite detection instrument which boasts of testing magnetic flux leakage， electromagnetic ultrasound， guided wave and pulsed eddy current was developed and a power control scheme which combining relay and power regulator module was proposed to solve the interference introduced by multi-level and multi-frequency composition in hardware circuits related to composite sensing technology. In which， the composite instrument has a pulse counting method which based on the threshold level adopted to realize electromagnetic ultrasonic thickness measurement， and having some hardware parameters adjusted to develop a program control adjustment scheme based on the field programmable logic gate array and digital potentiometer so as to regulate the gain， threshold， time delay and other circuit parameters in real time， including to realize the electromagnetic ultrasonic thickness measurement based on the threshold level pulse counting method. Testing the system performance on the laboratory experimental platform shows that， the composite electromagnetic-magnetic-acoustic detection instrument can realize guided wave， magnetic leakage， electromagnetic ultrasonic and pulse eddy current detection， and the detection modules work normally.

Key words? ?NDT， electro-magnetic-acoustic detection， tank bottom plate， power control， programmed control