Page 44 - 2022'中国无损检测年度报告

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① 函数发生器 ; ②功率放大器；③示波器 ; ④ U 形起重臂 ;
⑤通孔缺陷
图 1 U 形起重臂试验系统
发 表 论 文：Intelligent defect location
of a U-shaped boom using helical
guided waves[J]. Structural Health
Monitoring. Published online December 6,
2022:147592172211356.
1.2 风机主轴检测系统
围绕在役风电机组主轴裂纹的超声无损检测
问题，在主轴中端面辐射声波的传播特性研究、
主轴表面横向裂纹检测与量化技术研究、声束偏
转角可调的非接触式电磁声传感器及仪器研制、
主轴裂纹的三维成像检测技术等方面取得了显著
进展（见图 2，3，4）。
图 2 风机主轴检测系统
首先，针对风力发电机主轴，发展了一种适
用于大尺寸复杂结构的声学建模方法；针对典型
风机主轴，建立了自激自收与一激一收两种形式
的主轴声学仿真模型，详细分析了声波在主轴中
的传播路径，直观地展现了声波在主轴结构特征
上的反射、波型转换和侧壁效应等。对于主轴中
表面开口裂纹，探究了裂纹反射波在端面的幅值
分布规律，以及裂纹衍射声场的特性。
然后，基于声波与裂纹作用规律的仿真分析，
针对裂纹定量检测需求，研究了一种利用端面辐
射、中心孔接收的衍射波裂纹量化表征技术。利
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用裂纹尖端对声波的衍射特性，探究了发射声源
位置、接收声源位置与衍射波渡越时间之间的关
系，建立了表征裂纹扩展程度的双椭圆数学模型；
通过建立的一激多收式声学检测模型，验证了裂
纹量化方法的有效性。在主轴试样上开展了裂纹
检测试验，结果表明，裂纹衍射点定位最大误差
小于 5 mm。
图 3 风机主轴表面裂纹的椭圆表征方法
考虑在役风机主轴检测面的限制，提出了一
种仅利用端面进行表面开口横向裂纹的检测方法。
该方法利用端面辐射声波的扩散特性，考虑声束
在不同深度上的覆盖范围，优化设计了传感器阵
列，并实现了检测区域声束全覆盖。研制了一套
风机主轴在线检测系统，具备超声波脉冲激励、
小信号接收、多通道复用和无线传输等功能，解
决了主轴运行条件下的检测设备通讯问题，并实
现了远程检测和端面电子扫查。
图 4 风机主轴端面扫查系统结构框图
为满足主轴中心孔内衍射纵波的接收需要，
提出了一种十字形永磁体阵列与“回”型线圈组
合的电磁声传感器结构形式。建立了包含逆洛伦
兹力和逆磁致伸缩效应共同作用的电磁声传感器
模型，探究了线圈匝数、导线间距和“回”型线
圈间隔等参数对声波接收能量的影响，并对线圈
参数进行了优化。同时，通过分析不同电缆形式、
材料类型、提离距离等影响因素对传感器阻抗的
影响，研制了传感器至负载的阻抗匹配网络，实
现了接收回波信号的增强，并测量了传感器的接