電磁渦流陣列成像是控制產品品質和維護設備安全的重要科技手段，被廣泛應用於航空航太、高速鐵路、壓力容器、能源設施和精密製造等關鍵領域的結構健康檢測。近日，上海科技大學信息學院葉朝鋒課題組（精密傳感與智慧檢測實驗室）提出並驗證了新型陣列電磁渦流成像檢測方法及其探頭系統。兩項成果發表在電力電子領域國際頂級期刊IEEE Transaction on Industrial Electronics。
研究團隊提出了一種全新的基於三相激勵和高解析度隧道效應磁阻感測器（TMR）陣列成像的檢測方法。該方法利用三相高頻線圈陣列，在待測導體中激勵產生沿著電流相位變化方向空間平移的感應電渦流以實現空間掃查，相對於傳統的探頭具有成本低、雜訊小、電路結構簡單等優點。課題組研製的TMR感測器陣列具有高解析度（0.5mm）、高靈敏度、體積小、功耗低、線性範圍寬、易於集成的優點，所以很適合製作大規模感測器陣列用於磁場檢測成像。研究團隊研製了包含三相激勵系統和64個TMR感測器單元的陣列探頭樣機，用其對金屬樣品中的缺陷進行了檢測實驗。實驗結果表明該方法能快速檢出亞毫米量級的微小缺陷，利用人工神經網路算灋對磁場影像分析處理，可準確定位和量化金屬樣品中的缺陷。
圖：（a）封裝過程中的TMR感測器陣列；（b）含有三相激勵和TMR感測器陣列的探頭示意圖；（c）原型探頭實物圖；（d）實驗設定框圖
針對曲面結構快速檢測工具匱乏的問題，研究團隊提出了一種新型平面差分式柔性陣列探頭，該探頭基於柔性工藝製備，可以根據所測曲面彎曲，從而保持探頭與樣品表面良好貼合；提出了一種多通道融合算灋，有效提高了微小缺陷的檢出概率。研究者採用基於集羣計算的三維有限元電磁場模擬模型，研究了平面差分探頭激勵下導體內的渦流分佈，預測了不同缺陷的影像。進而研製了用於渦輪葉片曲面檢測的柔性陣列探頭，並在渦輪葉片曲面樣品上進行了實測驗證。實驗結果表明，探頭可對變化曲率的葉片樣品快速高清晰檢測成像，能有效檢出任意方向長*寬*深=2.5*0.1*0.1 mm3的微小缺陷，對曲面樣品缺陷的檢測能力達到業內領先水準。
圖：（a）封裝過程中的柔性陣列探頭；（b）柔性陣列探頭用於渦輪葉片檢測；（c）平面差分陣列探頭的四通道設定；（d）實驗設定框圖
論文“Eddy Current Probe with Three-Phase Excitation and Integrated Array TMR Sensor”，葉朝鋒課題組2019級博士生張娜為本文第一作者，葉朝鋒教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。該項研究獲得浦江人才計畫和上海科技大學啟動經費支持。相關連結https://ieeexplore.ieee.org/document/9080544
論文“Flexible Array Probe with In-plane Differential Multi-Channels for Inspection of Micro-defects on Curved Surface”，葉朝鋒教授為本文的第一作者和通訊作者，上科大為第一完成單位。該項研究獲得浦江人才計畫，上海市科委和上海科技大學啟動經費支持。相關連結https://ieeexplore.ieee.org/document/9325072