[发明专利]基于偏最小二乘回归的红外无损检测电磁激励数学模型建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于偏最小二乘回归的红外无损检测电磁激励数学模型建模方法，属于金属材料电磁激励领域。

背景技术

大型电力、交通、航空航天和管道等设备的一些复杂零部件、焊件、模锻构件的生产、加工和服役过程中需要进行全面无损探伤以保证其安全可靠性。常规的无损检测技术（如X射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测等）在复杂金属零件的检测时，其检测效果、快速便捷性和可靠性等方面均存在一定的局限性。目前复杂金属零件的检测多以涡流检测技术为主，然而对于微小裂纹，涡流检测提离效应明显，实际检测效果也不理想。因此，开展对复杂零件的隐性缺陷的无损检测理论与技术研究已成为国内外研究的热点，快速、高效的无损检测手段已成为一个迫切需要解决的问题。

电磁激励红外热成像技术，是近几年来快速兴起的新型无损检测手段。电磁激励红外无损检测技术的检测原理框图如图1所示。它结合了传统的涡流探伤及红外热成像技术的优点，应用电磁感应原理对被检零件施加热激励，零件在电磁脉冲激励作用下因涡流效应而生热，当被检零件表面或亚表面存在缺陷时，被检零件中涡流场分布将发生改变，引起局部温度异常，从而影响零件表面的温度场。用红外热成像设备获取该表面温度场，即可实现对被检零件的非接触温度测量和热状态成像，从而推断零件（近）表面或内部是否存在缺陷。

激励源和激励方式的研究在主动式红外热成像检测中始终处于非常重要的地位。常见的激励方式有光热激励、脉冲激励、超声激励以及振动激励等，实际检测中，受限于主动红外热成像技术中对加热的均匀性及快速响应性等苛刻的要求，这些激励方式下的红外无损检测效果一直不是很理想。为了充分发挥红外热成像技术检测结果直观、检测速度快等优势，进一步拓展其应用领域，研究激励源的激励规律和开发新的激励方式很有必要。

电磁脉冲激励是一种新型的激励方式。电磁脉冲激励是一种通过在感应线圈内通交变电流使其周围产生交变磁场，该交变磁场使零件内部产生涡流。由于涡流具有热效应，可使零件加热至特定的温度。这种激励方式克服了上述几种激励方式的缺点，能满足加热均匀性及快速响应性的要求，是红外热成像无损检测的一种理想的激励方式。 

市面上的电磁激励加热器通过控制激励频率和激励时间控制激励效果，虽然能基本满足工业感应加热的要求，但对却不能直接应用与电磁脉冲激励红外检测。工业用电磁激励加热器在使用时主要靠经验调节激励频率和激励时间以达到要求的激励效果，但电磁脉冲激励红外检测中关于激励功率、激励线圈总长、激励线圈等效直径、提离距离、激励时间等参数的设置暂时没有经验可循，激励温度、激励时间等参数的选取对检测效果有较大的影响。

发明内容

本发明提供一种基于偏最小二乘回归的红外无损检测电磁激励数学模型建模方法。利用平板型电磁线圈对金属材料表面进行电磁激励，采用红外热像仪获取金属材料表面的红外辐射信息，经过数据处理后获得金属材料表面平均温度，并将该温度作为表征电磁激励效果的指标。将金属材料表面平均温度作为偏最小二乘回归建模方法的因变量，将影响电磁激励效果的各参数作为自变量，利用偏最小二乘回归算法建立电磁激励数学模型表征电磁激励效果指标与影响电磁激励效果各参数之间的关系。

本发明采用的技术方案是：

电磁激励系统由金属试件、感应线圈、感应加热器、红外热像仪组成。电磁感应加热器由电磁感应加热主机与继电器等组装而成，感应加热器的内部电路模块由整流器、滤波器、逆变器、负载组成；交流电经过整流器，再经过滤波器，变成脉动直流电，进而得到平滑的直流电（DC），逆变器将直流电转化为感应加热负载所需频率的高频交流电（AC）。实验时感应加热器产生交变电流通入感应线圈中，由于电磁感应效应线圈周围产生交变磁场，在金属试件内部产生涡流，涡流将金属试件表面加热至一定温度。电磁激励结束后，通过红外摄像仪对金属试件表面拍摄，得到红外热图，利用红外热像图分析软件获取金属试件表面平均温度信息。

红外热像仪选用的是加拿大CANTRONIC公司生产的IR970型红外热像仪。该热像仪的分辨率为320×240，测温范围为-20℃-1200℃。

电磁感应加热器由电磁感应加热主机与继电器等组装而成，电磁感应加热主机选用厦门飞如电子公司生产的2.5kW电磁感应加热控制板，该主机可提供的最大激励功率为599W，继电器控制激励时间最大为6000s。