本書全面系統(tǒng)地介紹了電磁無損檢測傳感與成像技術原理及應用。全書共8章,第1章概述了電磁無損檢測傳感與成像的定義、分類、特點及發(fā)展;第2、3章介紹了渦流和脈沖渦流檢測傳感與成像;第4、5章介紹了漏磁、巴克豪森和磁光成像等磁性無損檢測技術;第6章介紹了微波無損檢測技術及應用;第7章介紹了渦流脈沖熱成像檢測技術;第8章介紹了圖像和圖像序列處理方法以及在渦流熱成像檢測中的應用。
經(jīng)過100多年的發(fā)展,電磁無損檢測技術大家庭培育出了電位檢測、渦流檢測、漏磁檢測、磁粉檢測、巴克豪森檢測、微波檢測、電磁超聲、渦流熱成像、磁光成像等眾多成員,已成為保證產(chǎn)品制造質(zhì)量和設備安全運行不可或缺的手段。近年來,電磁無損檢測技術的發(fā)展日新月異,主要表現(xiàn)在:①涌現(xiàn)出多種電磁無損檢測新技術,如以多物理場耦合為基礎的磁光成像、渦流熱成像檢測技術,以及處于更高頻段的微波檢測技術;②電磁及多物理場耦合的解析和數(shù)值模型研究得到重視,相關成果在電磁檢測的理論研究、傳感器設計、反演解釋等方面發(fā)揮著越來越重要的應用;③電磁傳感技術飛速發(fā)展,各種性能優(yōu)異的電磁傳感器(如GMR磁傳感器、MEMS基傳感器、磁光薄膜、紅外熱像儀等)被引入電磁無損檢測領域,提高了檢測能力,豐富了成像手段;④多維信號與圖像處理方法日新月異,盲源分析與模式識別等方法得到應用,提高了智能化程度和診斷能力;⑤檢測對象日益增多,不僅可以檢測金屬和復合材料的缺陷與性能,還可以檢測電子器件、集成電路、半導體、涂層、流體、混凝土、土壤、木材中的異常情況;⑥應用領域不斷擴展,其在電力、國防、海洋、航空、航天、核能、化工、機械、建筑、汽車、石油、特種設備、鐵路、冶金、造船等領域越來越受到重視;⑦無損檢測逐步與視情維修及以可靠性為中心的維修有機融合,與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+以及工業(yè)40的結合也初露崢嶸,這些新概念與新理念將給電磁無損檢測帶來飛躍式發(fā)展,甚至是徹底的變革。
盡管如此,現(xiàn)有電磁無損檢測的研究和應用仍存在一些不足,主要表現(xiàn)在:①諸多新技術的檢測機理尚不明確,缺陷檢測方法尚未成熟;②理論研究和應用研究之間存在較大的脫節(jié)現(xiàn)象;③針對復雜和特殊對象的傳感器和檢測系統(tǒng)設計方法尚未完全建立;④檢測信號反演解釋和缺陷定量評估的研究還存在較多理論和技術難點需要攻克;⑤自然缺陷檢測識別的自動化和智能化程度水平較低,與現(xiàn)代人工智能技術發(fā)展水平不匹配。
作者根據(jù)多年相關科學研究的實踐和思考,并結合國際上相關研究的動態(tài)和前沿,撰寫了本書,試圖梳理出一些針對上述問題和不足的解決思路與方法,進一步完善電磁無損檢測技術的理論和方法,促進電磁無損檢測技術的發(fā)展和推廣應用。
本書全面系統(tǒng)地介紹了電磁無損檢測傳感與成像技術原理及應用,具有以下幾個特色:第一,內(nèi)容豐富,涵蓋了低頻電磁檢測技術(如渦流、漏磁、脈沖渦流、巴克豪森效應)、高頻電磁檢測技術(如微波波導檢測、探地雷達)以及多物理場檢測技術(如渦流脈沖熱成像、電磁超聲、磁光)等10余種檢測技術;第二,理論與實踐并重,不僅介紹了各類電磁無損檢測技術的基本原理和仿真研究方法,還詳細描述了傳感與系統(tǒng)設計、信號與圖像處理以及定量分析等方法,并提供了豐富的試驗與結果討論;第三,注重需求和應用的結合,重點討論了電磁無損檢測技術在復合材料、航空、軌道交通、石化、海洋、土木、風電等多個領域的需求和應用;第四,兼具教材與專著功能,不僅介紹了各項檢測技術的基本概念和基礎理論,而且融合了作者團隊近年來取得的前沿成果。
全書共8章。第1章緒論,簡要介紹了電磁無損檢測傳感與成像的定義、分類、特點與發(fā)展;第2章介紹了渦流檢測傳感與成像技術,著重討論了解析法正問題建模與基于模型的反問題求解方法;第3章介紹了脈沖渦流檢測技術,特別介紹了脈沖渦流的特征值提取方法及應用;第4章介紹了漏磁、巴克豪森、剩余磁場等幾種磁無損檢測技術;第5章介紹了磁光成像,特別描述了其在磁疇觀測、應力評估方面的應用;第6章介紹了幾種高頻段的電磁無損檢測技術,包括(掃頻)微波波導無損檢測技術、基于微波波導傳輸?shù)墓艿罊z測技術和探地雷達;第7章介紹了渦流脈沖熱成像及其在金屬、復合材料檢測方面的應用;第8章以渦流脈沖熱成像檢測技術為范例,介紹了圖像及圖像序列處理方法,包括獨立成分分析、非負矩陣分解、稀疏分解等盲源分離方法。
多年來,作者團隊的研究工作得到英國國家工程和自然科學研究委員會、英國皇家學會、英國皇家工程院、國家自然科學基金委員會、科學技術部等部門以及歐盟地平線2020、歐盟第七框架等科技計劃的鼎力資助。諸位研究生也參與了本書的撰寫工作,高運來和丁松博士撰寫了第4章的部分內(nèi)容,邱發(fā)生博士撰寫了第5章的部分內(nèi)容。本書的完善與提高得到幾位專家的無私指導和幫助,他們是廈門大學曾志偉教授、中國科學院金屬研究所蔡桂喜研究員、愛德森(廈門)電子有限公司林俊明研究員、四川大學楊隨先教授、北京航空航天大學雷銀照教授等。本書的出版得到了“現(xiàn)代電磁無損檢測學術叢書”編委會和機械工業(yè)出版社的大力支持。作者對以上機構和人員表示最衷心的感謝!
本書可供高等院校相關專業(yè)高年級本科生和研究生、相近學科的研究人員以及相關企業(yè)的工程技術人員和科技管理人員閱讀和參考。
由于作者水平有限,本書難免存在不當和疏漏之處,敬請各位同仁、讀者和專家諒解,并給予批評指正。