本书全面系统地介绍了电磁无损检测传感与成像技术原理及应用。全书共8章,第1章概述了电磁无损检测传感与成像的定义、分类、特点及发展;第2、3章介绍了涡流和脉冲涡流检测传感与成像;第4、5章介绍了漏磁、巴克豪森和磁光成像等磁性无损检测技术;第6章介绍了微波无损检测技术及应用;第7章介绍了涡流脉冲热成像检测技术;第8章介绍了图像和图像序列处理方法以及在涡流热成像检测中的应用。
经过100多年的发展,电磁无损检测技术大家庭培育出了电位检测、涡流检测、漏磁检测、磁粉检测、巴克豪森检测、微波检测、电磁超声、涡流热成像、磁光成像等众多成员,已成为保证产品制造质量和设备安全运行不可或缺的手段。近年来,电磁无损检测技术的发展日新月异,主要表现在:①涌现出多种电磁无损检测新技术,如以多物理场耦合为基础的磁光成像、涡流热成像检测技术,以及处于更高频段的微波检测技术;②电磁及多物理场耦合的解析和数值模型研究得到重视,相关成果在电磁检测的理论研究、传感器设计、反演解释等方面发挥着越来越重要的应用;③电磁传感技术飞速发展,各种性能优异的电磁传感器(如GMR磁传感器、MEMS基传感器、磁光薄膜、红外热像仪等)被引入电磁无损检测领域,提高了检测能力,丰富了成像手段;④多维信号与图像处理方法日新月异,盲源分析与模式识别等方法得到应用,提高了智能化程度和诊断能力;⑤检测对象日益增多,不仅可以检测金属和复合材料的缺陷与性能,还可以检测电子器件、集成电路、半导体、涂层、流体、混凝土、土壤、木材中的异常情况;⑥应用领域不断扩展,其在电力、国防、海洋、航空、航天、核能、化工、机械、建筑、汽车、石油、特种设备、铁路、冶金、造船等领域越来越受到重视;⑦无损检测逐步与视情维修及以可靠性为中心的维修有机融合,与云计算、大数据、人工智能、互联网+以及工业40的结合也初露峥嵘,这些新概念与新理念将给电磁无损检测带来飞跃式发展,甚至是彻底的变革。
尽管如此,现有电磁无损检测的研究和应用仍存在一些不足,主要表现在:①诸多新技术的检测机理尚不明确,缺陷检测方法尚未成熟;②理论研究和应用研究之间存在较大的脱节现象;③针对复杂和特殊对象的传感器和检测系统设计方法尚未完全建立;④检测信号反演解释和缺陷定量评估的研究还存在较多理论和技术难点需要攻克;⑤自然缺陷检测识别的自动化和智能化程度水平较低,与现代人工智能技术发展水平不匹配。
作者根据多年相关科学研究的实践和思考,并结合国际上相关研究的动态和前沿,撰写了本书,试图梳理出一些针对上述问题和不足的解决思路与方法,进一步完善电磁无损检测技术的理论和方法,促进电磁无损检测技术的发展和推广应用。
本书全面系统地介绍了电磁无损检测传感与成像技术原理及应用,具有以下几个特色:第一,内容丰富,涵盖了低频电磁检测技术(如涡流、漏磁、脉冲涡流、巴克豪森效应)、高频电磁检测技术(如微波波导检测、探地雷达)以及多物理场检测技术(如涡流脉冲热成像、电磁超声、磁光)等10余种检测技术;第二,理论与实践并重,不仅介绍了各类电磁无损检测技术的基本原理和仿真研究方法,还详细描述了传感与系统设计、信号与图像处理以及定量分析等方法,并提供了丰富的试验与结果讨论;第三,注重需求和应用的结合,重点讨论了电磁无损检测技术在复合材料、航空、轨道交通、石化、海洋、土木、风电等多个领域的需求和应用;第四,兼具教材与专著功能,不仅介绍了各项检测技术的基本概念和基础理论,而且融合了作者团队近年来取得的前沿成果。
全书共8章。第1章绪论,简要介绍了电磁无损检测传感与成像的定义、分类、特点与发展;第2章介绍了涡流检测传感与成像技术,着重讨论了解析法正问题建模与基于模型的反问题求解方法;第3章介绍了脉冲涡流检测技术,特别介绍了脉冲涡流的特征值提取方法及应用;第4章介绍了漏磁、巴克豪森、剩余磁场等几种磁无损检测技术;第5章介绍了磁光成像,特别描述了其在磁畴观测、应力评估方面的应用;第6章介绍了几种高频段的电磁无损检测技术,包括(扫频)微波波导无损检测技术、基于微波波导传输的管道检测技术和探地雷达;第7章介绍了涡流脉冲热成像及其在金属、复合材料检测方面的应用;第8章以涡流脉冲热成像检测技术为范例,介绍了图像及图像序列处理方法,包括独立成分分析、非负矩阵分解、稀疏分解等盲源分离方法。
多年来,作者团队的研究工作得到英国国家工程和自然科学研究委员会、英国皇家学会、英国皇家工程院、国家自然科学基金委员会、科学技术部等部门以及欧盟地平线2020、欧盟第七框架等科技计划的鼎力资助。诸位研究生也参与了本书的撰写工作,高运来和丁松博士撰写了第4章的部分内容,邱发生博士撰写了第5章的部分内容。本书的完善与提高得到几位专家的无私指导和帮助,他们是厦门大学曾志伟教授、中国科学院金属研究所蔡桂喜研究员、爱德森(厦门)电子有限公司林俊明研究员、四川大学杨随先教授、北京航空航天大学雷银照教授等。本书的出版得到了“现代电磁无损检测学术丛书”编委会和机械工业出版社的大力支持。作者对以上机构和人员表示最衷心的感谢!
本书可供高等院校相关专业高年级本科生和研究生、相近学科的研究人员以及相关企业的工程技术人员和科技管理人员阅读和参考。
由于作者水平有限,本书难免存在不当和疏漏之处,敬请各位同仁、读者和专家谅解,并给予批评指正。