磁光成像檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

磁光成像檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用Magneto-opticimaging（MOI）程玉華教授2015.12.142021/6/271第一部分無(wú)損檢測(cè)概述第二部分MOI的發(fā)展現(xiàn)狀第三部分MOI基本原理及構(gòu)件第四部分仿真模型第五部分圖像處理方法第六部分典型應(yīng)用目錄

CONTENTS磁光成像技術(shù)2021/6/272“切開看瓜”—有損第一部分無(wú)損檢測(cè)概述“隔皮猜瓜”

—無(wú)損2021/6/273航空航天、武器核工業(yè)、電站造船、鐵路石油化工、鍋爐壓力容器建筑、冶金機(jī)械制造等第一部分無(wú)損檢測(cè)概述2021/6/274第一部分無(wú)損檢測(cè)概述無(wú)損檢測(cè)的方法和分類目視檢測(cè)VisualTesting（縮寫VT）；超聲檢測(cè)UltrasonicTesting（縮寫UT）；射線檢測(cè)RadiographicTesting（縮寫RT）；磁粉檢測(cè)MagneticparticleTesting（縮寫MT）；滲透檢驗(yàn)PenetrantTesting（縮寫PT）。渦流檢測(cè)EddycurrentTesting（縮寫ET）；漏磁檢測(cè)Magnetic

flux

leakage

testing（縮寫MFL）；磁光成像檢測(cè)Magneto-opticimaging（MOI）一、常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法二、新型電磁無(wú)損檢測(cè)方法2021/6/275第一部分無(wú)損檢測(cè)概述檢測(cè)方法基本原理對(duì)試件的要求適用的缺陷類型優(yōu)缺點(diǎn)超聲檢測(cè)（UT）利用超聲波入射被檢工件，當(dāng)超聲波遇有缺陷時(shí)會(huì)全部或部分反射，反射回來(lái)的超聲波被探頭接收，通過(guò)儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件中深度、位置和形狀。適合于金屬、非金屬及復(fù)合材料的鑄、鍛、焊件與板材。被測(cè)剛才厚度可達(dá)10m主要檢測(cè)工件的內(nèi)部缺陷，同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)工件表面的裂紋優(yōu)點(diǎn)——檢測(cè)厚度大、靈敏度高、速度快、費(fèi)用低廉、對(duì)人體無(wú)害，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量。缺點(diǎn)——對(duì)缺陷的顯示不直觀，技術(shù)難度大，容易受到主客觀因素影響，以及結(jié)果不便于永久保存，對(duì)工件表面要求平滑，難于對(duì)缺陷作精確定性和定量，要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類。射線檢測(cè)（RT）利用射線源向工件發(fā)出射線，因工件的材料結(jié)構(gòu)或缺陷的存在，使透過(guò)工件的射線強(qiáng)度發(fā)生不均勻變化，經(jīng)照相底片感光和顯影處理后，獲得該工結(jié)構(gòu)和缺陷相對(duì)應(yīng)的投影圖像。通過(guò)對(duì)圖像的觀察分析，確定工件內(nèi)缺陷的種類、大小和分布狀況。適用于任何材料，無(wú)特殊加工要求，不限形狀，厚度不能太大檢測(cè)鑄件和焊件等構(gòu)件的內(nèi)部缺陷，尤其是體積型缺陷，如氣孔、夾渣、縮孔、疏松等，對(duì)片狀缺陷檢出較難。優(yōu)點(diǎn)——不受工件形狀限制，能永久保存，記錄缺陷直觀。缺點(diǎn)——檢驗(yàn)成本高，工件厚度受限制，對(duì)人體有傷害，需考慮安全防護(hù)問(wèn)題。磁粉檢測(cè)（MT）將鐵磁性材料直接通以電流或置于磁場(chǎng)中，使其磁化。磁力線遇到缺陷時(shí)，會(huì)繞過(guò)缺陷而產(chǎn)生漏磁，漏磁場(chǎng)將吸引磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。檢測(cè)鑄件、鍛件、焊縫和機(jī)械加工零件等鐵磁性材料的表面和近表面缺陷，如裂紋表面及近表面缺陷優(yōu)點(diǎn)——靈敏度高，速度快，操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，直觀顯示缺陷的位置、形狀和大小。缺點(diǎn)——只能探測(cè)鐵磁性材料，不能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，難于確定缺陷深度。滲透檢驗(yàn)（PT）在清洗過(guò)的工件表面施加含有色澤和熒光物質(zhì)的滲透劑，由毛細(xì)管現(xiàn)象使之滲入缺陷并留在空腔內(nèi)，然后洗去表面多余的滲透劑，再涂上一層顯影劑，借毛細(xì)管吸附作用，使缺陷中的滲透劑吸出。通過(guò)色澤對(duì)比或紫外線照射激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光，從而將缺陷的圖像顯現(xiàn)出來(lái)。用于檢驗(yàn)有色和黑色金屬的鑄件、鍛件、粉末冶金件、焊接件以及各種陶瓷、塑料、玻璃制品裂紋、氣孔、分層、縮孔、疏松、折疊及其它開口于表面的缺陷。優(yōu)點(diǎn)——操作簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小，效率高，對(duì)表面缺陷，一般不受試件材料種類及其外形輪廓限制。缺點(diǎn)——只能檢測(cè)表面缺陷，不能顯示缺陷的深度、缺陷內(nèi)部的形狀和尺寸，無(wú)法或難于檢查多孔材料，檢測(cè)結(jié)果受表面粗糙度影響，難于定量控制檢驗(yàn)操作程序，多憑檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)真程度和視力的敏銳程度，紫外線和某些溶劑對(duì)身體有害。無(wú)損檢測(cè)方法比較2021/6/276第一部分無(wú)損檢測(cè)概述檢測(cè)方法基本原理對(duì)試件的要求適用的缺陷類型優(yōu)缺點(diǎn)渦流檢測(cè)（ET）建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，它適用于導(dǎo)電材料。給一個(gè)線圈通入交流電，在一定條件下通過(guò)的電流是不變的。如果把線圈靠近被測(cè)工件，像船在水中那樣，工件內(nèi)會(huì)感應(yīng)出渦流，受渦流影響，線圈電流會(huì)發(fā)生變化。由于渦流的大小隨工件內(nèi)有沒有缺陷而不同，所以線圈電流變化的大小能反映有無(wú)缺陷。適用于導(dǎo)電材料，表面光滑，形狀簡(jiǎn)單用于檢測(cè)導(dǎo)電材料的表面和近表面的缺陷，對(duì)熱處理質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，渦流檢測(cè)還可用于工件壁厚或涂鍍層厚度的測(cè)量。.優(yōu)點(diǎn)——檢測(cè)速度高，檢測(cè)成本低，操作簡(jiǎn)便；探頭與被檢工件可以不接觸，不需要耦合介質(zhì)；檢測(cè)時(shí)可以同時(shí)得到電信號(hào)直接輸出指示的結(jié)果，也可以實(shí)現(xiàn)屏幕顯示；能實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化檢測(cè)，并可實(shí)現(xiàn)永久性記錄。缺點(diǎn)——只適用于導(dǎo)電材料，難以用于形狀復(fù)雜的試件；只能檢測(cè)材料或工件的表面、近表面缺陷；檢測(cè)結(jié)果不直觀，難以判別缺陷的種類、性質(zhì)以及形狀、尺寸等。漏磁檢測(cè)（MFL）鐵磁材料被磁化后，起表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)傳感器檢測(cè)漏磁場(chǎng)以發(fā)現(xiàn)缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。由于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與缺陷深度和大小有關(guān)，因此可以通過(guò)磁場(chǎng)傳感器測(cè)得漏磁場(chǎng)信號(hào)分析來(lái)獲得構(gòu)件上產(chǎn)生缺陷的情況。適用于鐵磁性材料檢測(cè)厚度可達(dá)30mm的壁厚范圍，可以同時(shí)檢測(cè)內(nèi)外壁缺陷。優(yōu)點(diǎn)——易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；較高的檢測(cè)可靠性；可實(shí)現(xiàn)缺陷的初步定量，還可對(duì)缺陷的危害程度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)；高效能、無(wú)污染。采用傳感器獲取信號(hào)，檢測(cè)速度快且無(wú)任何污染。缺點(diǎn)——只適用于磁性材料；檢測(cè)結(jié)果不直觀，無(wú)法可視化顯示，難以判別缺陷的種類、性質(zhì)以及形狀、尺寸等。磁光成像檢測(cè)（MT）鐵磁材料被磁化后材料表面或內(nèi)部缺陷在表面形成漏磁場(chǎng)，利用法拉第磁致旋光效應(yīng)，偏振光在通過(guò)磁光傳感器時(shí)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，利用CCD等成像系統(tǒng)將經(jīng)過(guò)檢偏器后的偏振光成像，從而直觀、可視化的實(shí)現(xiàn)了表面及亞表面疲勞裂紋無(wú)損成像檢測(cè)。由于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與缺陷深度和大小有關(guān)，因此利用法拉第磁致旋光效應(yīng)，偏振角度根據(jù)漏磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，從而來(lái)獲得構(gòu)件上產(chǎn)生缺陷的情況適用于鐵磁性材料表面及內(nèi)部缺陷，理論上檢測(cè)深度與漏磁檢測(cè)相當(dāng)，可檢測(cè)達(dá)30mm的內(nèi)部缺陷優(yōu)點(diǎn)——靈敏度極高，速度快；檢測(cè)圖形化，完全可視；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；較高的檢測(cè)可靠性；可實(shí)現(xiàn)缺陷的初步定量，還可對(duì)缺陷的危害程度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)；缺點(diǎn)——只適用于磁性材料；檢測(cè)結(jié)果易受、光源、光路等影響。2021/6/277第一部分無(wú)損檢測(cè)概述缺陷信息特點(diǎn)：檢測(cè)信號(hào)微弱；

信號(hào)耦合，情況復(fù)雜；電磁信號(hào)不可見需求：靈敏度高；

信號(hào)解耦、成分分析、量化檢測(cè)；可視化成像；對(duì)比總結(jié)2021/6/278第二部分MOI的發(fā)展現(xiàn)狀1993美國(guó)航空航天局2006法國(guó)航空航天研究院的線性磁光成像儀國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀2021/6/279第一部分無(wú)損檢測(cè)概述第二部分MOI的發(fā)展現(xiàn)狀檢測(cè)深度：3mm（鋁材）檢測(cè)深度：3.125mm（鋁材）美國(guó)OI2公司的MOI308系列產(chǎn)品2021/6/2710第一部分無(wú)損檢測(cè)概述第二部分MOI的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2007年四川大學(xué)周肇飛教授團(tuán)隊(duì)磁光成像平臺(tái)裝置圖本團(tuán)隊(duì)在光源、激勵(lì)源和磁光傳感器等改進(jìn)后提出的磁光成像系統(tǒng)2021/6/2711第二部分MOI的發(fā)展現(xiàn)狀2021/6/2712第三部分MOI基本原理及構(gòu)件光源激勵(lì)源起偏檢偏成像磁感應(yīng)強(qiáng)度被測(cè)對(duì)象磁光傳感器磁芯激勵(lì)源光源應(yīng)用示意圖3.1磁光成像技術(shù)應(yīng)用原理外磁場(chǎng)是如何改變光波的傳輸特性的？2021/6/2713法拉第效應(yīng)克爾效應(yīng)磁線振雙拆射(科頓一穆頓效應(yīng)和瓦格特效應(yīng))磁圓振二向色性磁線振二向色性塞曼效應(yīng)磁激發(fā)光散射3.2磁光效應(yīng)磁光效應(yīng)是指具有固有磁矩的物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下電磁特性(如磁導(dǎo)率、磁化強(qiáng)度、磁疇結(jié)構(gòu)等)會(huì)發(fā)生變化，使光波在其內(nèi)部的傳輸特性(如偏振狀態(tài)、光強(qiáng)、相位、傳輸方向等)也隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。第三部分MOI基本原理及構(gòu)件2021/6/27143.2.1自然旋光效應(yīng)1811年,阿喇果(Arago)在研究石英晶體的雙折射特性時(shí)發(fā)現(xiàn)：一束線偏振光沿石英晶體的光軸方向傳播時(shí)，其振動(dòng)平面會(huì)相對(duì)原方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，如右所示。由于石英晶體是單軸晶體，光沿著光軸方向傳播不會(huì)發(fā)生雙折射，因而阿喇果發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)屬另外一種新現(xiàn)象，這就是旋光現(xiàn)象。石英光軸一定波長(zhǎng)的線偏振光通過(guò)旋光介質(zhì)時(shí)，光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)的角度

與在該介質(zhì)中通過(guò)的距離

l成正比:

表征了該介質(zhì)的旋光本領(lǐng)，稱為旋光率，它與光波長(zhǎng)、介質(zhì)的性質(zhì)及溫度有關(guān)。第三部分MOI基本原理及構(gòu)件2021/6/27151846年，法拉第發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)的作用下，本來(lái)不具有旋光性的介質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性，能夠使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這就是法拉第效應(yīng)。3.2.2法拉第效應(yīng)θ為法拉第效應(yīng)旋光角為介質(zhì)的厚度；B為平行與光傳播方向的磁感強(qiáng)度分量；V稱為費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)第三部分MOI基本原理及構(gòu)件2021/6/2716第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3MOI系統(tǒng)構(gòu)件構(gòu)件介紹與選擇3.3.4.磁光傳感器3.3.1.光源選擇3.3.2.光路設(shè)計(jì)3.3.3.激勵(lì)方式2021/6/27173.3.1.光源選擇第三部分MOI基本原理及構(gòu)件對(duì)光源的需求：高方向性：利于傳播，傳輸距離遠(yuǎn)。

高單色性：利于法拉第效應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度的量

化和成像對(duì)比度。

高亮度：經(jīng)光路的衰減后，利于成像亮度。

相干性好：輸出穩(wěn)定性高。2021/6/2718第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.1.光源選擇一般光源（LED等）激光光源光源半導(dǎo)體激光器固體激光器氣體激光器液體(燃料)激光器優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在體積小，機(jī)械強(qiáng)度好，操作方便，但激光的效率和頻率輸出的穩(wěn)定性不高優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)工作，工作越長(zhǎng)激光的穩(wěn)定性越好，單色性、相干性都非常好，而且價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是功率比

較低，且功率固定優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕，方向性、相干性較好，輸出光源的功率可調(diào)，價(jià)格昂貴輸出波長(zhǎng)可調(diào)，冷卻簡(jiǎn)單，均勻性好，發(fā)散角較小，缺點(diǎn)是輸出激光的穩(wěn)定性差，不能長(zhǎng)時(shí)間在高脈沖頻率下工作。激光單色性好，可避免不同波長(zhǎng)偏轉(zhuǎn)角度不一致造成的圖像模糊，提高圖像清晰度2021/6/2719第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.1.光源選擇光源波長(zhǎng)選擇實(shí)驗(yàn)所用磁光傳感器：0.5mm的釓鎵石榴石中加入3um的鉍摻雜鐵石榴石可見光譜：波長(zhǎng)越小，光強(qiáng)傳輸比越低，而法拉第旋轉(zhuǎn)角越大；波長(zhǎng)越大，光強(qiáng)傳輸比越高，而法拉第旋轉(zhuǎn)角越?。?021/6/2720第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.1.光源選擇光強(qiáng)傳輸比高法拉第旋轉(zhuǎn)角大靈敏度越高成像效果越好光源波長(zhǎng)的最佳方案2021/6/2721第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.1.光源選擇由法拉第效應(yīng)可知，不同介質(zhì)的費(fèi)爾德常數(shù)不同，因此在同一條件下，旋轉(zhuǎn)同樣角度所對(duì)應(yīng)的最佳光源波長(zhǎng)也不同。實(shí)驗(yàn)室選用的磁光薄膜材料（Bi：YIG石榴石，主成分為：Y2.3Bi0.7Fe5O12；厚度：0.5mm；）與上述實(shí)驗(yàn)的有所不同。實(shí)驗(yàn)室選用了波長(zhǎng)為632.8nm的光源，且該波長(zhǎng)屬于可見光波段。半導(dǎo)體激光器和氣體激光器中的氦氖激光器均滿足要求，經(jīng)下表對(duì)比，選用了氣體氦氖激光器波長(zhǎng)：632.8nm；光斑直徑：0.8mm；發(fā)散角：<1mrad；功率：4mW；2021/6/2722第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.2.光路設(shè)計(jì)理想的光路示意圖2021/6/2723第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.2.光路設(shè)計(jì)

光斑大?。患す夤馐芗?xì)，照射在磁光傳感器上的光斑很小，造成單次可檢測(cè)面積縮??；

入射角；磁光傳感器（磁光薄膜）表面反射光會(huì)影響成像效果；光路中存在的問(wèn)題:2021/6/2724第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.2.光路設(shè)計(jì)光斑解決方案---擴(kuò)束鏡擴(kuò)束原理圖北京卓立漢光（Zolix）×5擴(kuò)束鏡，LBE633-5

擴(kuò)束鏡主要有兩個(gè)用途：

擴(kuò)展激光束的直徑

減小激光束的發(fā)散角2021/6/2725第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.2.光路設(shè)計(jì)入射角解決方案---布儒斯特角布儒斯特定律

當(dāng)自然光入射到介質(zhì)表面時(shí)，反射光和折射光都是部分偏振光。一、反射和折射的偏振光

反射光中振動(dòng)方向垂直入射面的成分比平行于入射面的成分占優(yōu)勢(shì)；

折射光中振動(dòng)方向平行入射面的成分比垂直于入射面的成分占優(yōu)勢(shì)；2021/6/2726光從折射率為

n1

的介質(zhì)射向折射率為n2

的介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角滿足:二、布儒斯特定律反射光就變?yōu)檎駝?dòng)方向垂直于入射面的完全偏振光。而折射光仍為部分偏振光。稱為布儒斯特角第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.2.光路設(shè)計(jì)由布儒斯特定律可知，反射光為零入射光為平行于入射面的線偏振光入射角滿足布儒斯特角2021/6/2727第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式一、激勵(lì)與漏磁場(chǎng)的關(guān)系試件與缺陷一定的情況下：激勵(lì)的電流大小磁軛的材料繞線的匝數(shù)決定漏磁場(chǎng)強(qiáng)度法拉第旋轉(zhuǎn)角，成像效果激勵(lì)的頻率（直流、低頻/高頻交流）？2021/6/2728激勵(lì)源的磁軛、繞線匝數(shù)、電流大小---磁化第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式無(wú)外磁場(chǎng)順磁質(zhì)磁化有外磁場(chǎng)介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度2021/6/2729N為繞線匝數(shù)，i為電流，L為磁路長(zhǎng)度第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式磁化率相對(duì)磁導(dǎo)率絕對(duì)磁導(dǎo)率鐵磁材料有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)102-104倍。μ決定材料N決定匝數(shù)，i決定電流大小L決定磁路長(zhǎng)度2021/6/2730第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式激勵(lì)源的頻率---趨膚效應(yīng)Δ——穿透深度（m）ω——角頻率，ω=2πf（rad/s）μ——磁導(dǎo)率（H/m）γ——電導(dǎo)率（S/m）2021/6/2731第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式2021/6/2732第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式二、漏磁場(chǎng)與缺陷的關(guān)系表面裂紋2021/6/2733內(nèi)部裂紋第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.3.激勵(lì)方式內(nèi)部裂紋深度越小法拉第旋轉(zhuǎn)角越大成像效果越好激勵(lì)總磁場(chǎng)一定的情況漏磁場(chǎng)垂直分量越大2021/6/2734要求試件飽和磁化電量消耗大、缺陷信息量小試件中磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定、渦流影響小、模型簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低準(zhǔn)直流激勵(lì)試件中磁場(chǎng)強(qiáng)度變化復(fù)雜較深缺陷的檢測(cè)困難缺陷信息量豐富、電量消耗小交流激勵(lì)針對(duì)磁性材料檢測(cè)，本團(tuán)隊(duì)現(xiàn)提出低頻交流激勵(lì)，兼有直流與交流激勵(lì)的優(yōu)勢(shì)。磁性材料檢測(cè)非磁性材料檢測(cè)3.3.3.激勵(lì)方式第三部分MOI基本原理及構(gòu)件2021/6/2735新型低頻交流激勵(lì)傳統(tǒng)的磁性材料缺陷可視化檢測(cè)中，直流激勵(lì)和交流激勵(lì)都有明顯的缺點(diǎn)。新激勵(lì)方法提供豐富的缺陷信息量、減小激勵(lì)電量消耗、可覆蓋較深缺陷。低頻信號(hào)激勵(lì)使在一個(gè)周期內(nèi)多點(diǎn)采樣拍攝原理方案3.3.3.激勵(lì)方式第三部分MOI基本原理及構(gòu)件2021/6/2736

最早磁光電流測(cè)試儀磁光介質(zhì)：燧石玻璃缺點(diǎn)：因費(fèi)爾德常數(shù)小，測(cè)量精度受到很大的影響

70年代初英國(guó)姆拉達(dá)公司申請(qǐng)了“YIG單晶磁光電流測(cè)試儀”專利改進(jìn)：采取補(bǔ)償辦法和結(jié)構(gòu)改革，使測(cè)量精度大大提高

1983年日本中央研究所和Hitachi電纜公司推出在工業(yè)中應(yīng)用的光纖磁光電流/磁場(chǎng)傳感器優(yōu)點(diǎn)：高絕緣性、強(qiáng)抗電磁干擾和無(wú)接觸檢

90年代后提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、靈敏度和頻率響應(yīng)使可以用于微小電流/磁場(chǎng)的測(cè)量。第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.4.磁光傳感器2021/6/2737·盡可能大的費(fèi)爾德常數(shù)：提高磁光效應(yīng)·磁光傳感器的光吸收系數(shù)小，透射光反射強(qiáng)·磁光傳感器盡可能?。禾岣咂D(zhuǎn)角第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.4.磁光傳感器2021/6/2738

在實(shí)際工程使用中，主要使用稀土鐵石榴石薄膜類材料主要包括：釔鐵石榴石(YIG)和參雜的釔鐵石榴石材料優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)一步提高材料的費(fèi)爾德常數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.4.磁光傳感器2021/6/2739無(wú)外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)磁疇：鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過(guò)程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域磁光薄膜中施加一定強(qiáng)度外磁場(chǎng)，磁疇的磁化方向發(fā)生轉(zhuǎn)向，特有的紋理對(duì)缺陷檢測(cè)有干擾第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.4.磁光傳感器2021/6/2740傳統(tǒng)的磁光成像檢測(cè)通過(guò)磁光薄膜折射，但由于其固有的磁疇結(jié)構(gòu)，使圖像傳感器所成圖像光強(qiáng)明暗程度差別不明顯，造成斑點(diǎn)背景。光在磁光薄膜中傳播路徑磁疇影響下產(chǎn)生的斑點(diǎn)背景第三部分MOI基本原理及構(gòu)件3.3.4.磁光傳感器2021/6/2741仿真模型的作用：1.將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證方法的有效性2.通過(guò)仿真數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)在磁光成像法中，被測(cè)量對(duì)象的特征被轉(zhuǎn)化成能夠被磁光傳感器識(shí)別的磁場(chǎng)信息。因此在建立仿真模型時(shí)主要針對(duì)的是被測(cè)對(duì)象中的電磁場(chǎng)，即是什么樣的被測(cè)量特征會(huì)產(chǎn)生什么樣的磁場(chǎng)信息。常用的磁場(chǎng)建模方法：有限單元模型磁偶極子模型第四部分仿真模型2021/6/2742有限單元模型：麥克斯韋方程原理：基于麥克斯韋方程，將連續(xù)的空間劃分成離散的單元，根據(jù)邊界條件解微分方程。特點(diǎn)：精度高、計(jì)算機(jī)要求高、運(yùn)算速度慢第四部分仿真模型2021/6/2743磁偶極子模型：原理：基于磁荷模型，根據(jù)磁荷分布計(jì)算缺陷處任一點(diǎn)的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度。特點(diǎn)：精度較高、運(yùn)算速度快、計(jì)算機(jī)設(shè)備要求不高第四部分仿真模型2021/6/2744磁光成像的圖像質(zhì)量對(duì)被測(cè)信息的可視化效果有著決定性的影響，因此圖像處理方法是該技術(shù)發(fā)展的重要分支。磁光原始圖像主要干擾源：●光照、噪聲●磁疇及其疇壁第四部分仿真模型2021/6/2745基本原理：在處理圖像過(guò)程中，只保留反應(yīng)目標(biāo)本身特征的信息，消除光照強(qiáng)度和照射不均勻性的影響。retinex增強(qiáng)算法原始圖經(jīng)retinex算法增強(qiáng)的圖像參考文獻(xiàn)：基于Retinex理論的圖像增強(qiáng)算法研究第四部分仿真模型2021/6/2746基本原理：一種非線性平滑技術(shù)，它將每一像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為該點(diǎn)某鄰域窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)灰度值的中值.中值濾波算法原始圖經(jīng)灰度變換的圖像中值濾波之前需將圖像灰度變換第四部分仿真模型2021/6/2747中值濾波算法（a）常規(guī)中值濾波（b）極值中值濾波（c）加權(quán)中值濾波（d）開關(guān)中值濾波（e）自適應(yīng)中值濾波（f）多階段分層局部圖像增強(qiáng)缺陷信息磁疇干擾中值濾波無(wú)法消除磁疇的影響，對(duì)缺陷信息形成嚴(yán)重的干擾第四部分仿真模型2021/6/2748幀求差算法參考文獻(xiàn)：Motion-basedfilteringofmagneto-opticimagers通過(guò)作差法得到的圖像經(jīng)過(guò)濾波處理之后再作差得到的圖像第五部分圖像處理方法2021/6/2749連通區(qū)域算法將特征信息連通成有限個(gè)整體單元，面積較小的單元視為磁疇影響并消除，面積較大單元作為表示缺陷的有效特征。本研究團(tuán)隊(duì)在圖像處理中主要針對(duì)磁疇影響的消除，該連通算法能夠有效抑制磁疇的干擾，突出了缺陷信息，有利于缺陷量化。第五部分圖像處理方法2021/6/2750

檢測(cè)飛機(jī)蒙皮、鉚釘以及其他非磁性材料工件中的疲勞裂紋、腐蝕等缺陷對(duì)象一第六部分典型應(yīng)用2021/6/2751應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮、鉚釘材料缺陷的磁光成像檢測(cè)系統(tǒng)原理圖基本原理：基于非磁性金屬材料的渦流效應(yīng)將缺陷信息轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)信息并利用磁光成像技術(shù)轉(zhuǎn)化成圖像信息。對(duì)象一第六部分典型應(yīng)用2021/6/2752

在激光焊接過(guò)程中，跟蹤低碳鋼材料焊縫的位置以實(shí)現(xiàn)激光聚焦點(diǎn)的實(shí)時(shí)精確控制?；驹恚簩⒑缚p置于電磁場(chǎng)中，磁光傳感器將由焊縫產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成圖像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)提取焊縫的位置信息實(shí)現(xiàn)激光的控制?；诖殴獬上穹ǖ募す夂附釉韴D對(duì)象二第六部分典型應(yīng)用2021/6/2753

針對(duì)空氣開關(guān)在狀態(tài)切換過(guò)程中產(chǎn)生的電弧，采用磁光成像法檢測(cè)電弧的相關(guān)物理參數(shù)?；驹恚豪么殴鈧鞲衅鲗⒂呻娀‘a(chǎn)生的磁場(chǎng)信息轉(zhuǎn)化成圖像信息，并從中提取出與電弧物理參數(shù)相關(guān)的特征信息?；诖殴獬上穹ǖ碾娀z測(cè)原理圖對(duì)象三第六部分典型應(yīng)用2021/6/2754

檢測(cè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架以及其它鐵磁性材料工件中的疲勞裂紋、腐蝕等缺陷。對(duì)象四第六部分典型應(yīng)用2021/6/2755應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架等磁性材料缺陷的磁光成像檢測(cè)系統(tǒng)原理圖基本原理：施加于材料中的直流或者低頻交流磁場(chǎng)在缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，將該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成圖像信息實(shí)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)。本研究團(tuán)隊(duì)正研究磁光成像法在磁性材料中的應(yīng)用，應(yīng)用磁偶極子模型，采用低頻交流激勵(lì)，消除磁疇與磁疇壁的影響，實(shí)現(xiàn)磁光圖像到漏磁場(chǎng)的影響，