近日，我院安全科学与工程专业博士研究生赵明睿在涡流-电容双模式电磁无损检测方法方面取得重要进展，相关研究成果《“绝缘-导电”混合结构无损检测双频电磁传感器系统》(Dual-Frequency Electromagnetic Sensor System for Non-Destructive Evaluation of “Insulator-Conductor” Hybrid Structure)发表在《IEEE Transactions on Industrial Electronics》。《IEEE Transactions on Industrial Electronics》是工程技术领域的国际顶级期刊，目前影响因子为7.5（中科院1区）。论文第一作者为博士研究生赵明睿，通讯作者为殷晓康教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金以及“泰山学者”青年专家计划的联合资助。
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“绝缘-导体”混合结构广泛应用于各个工程领域，然而，由于组成这些结构的材料性质不同，会产生不同类型的缺陷，给全面的无损检测和评估带来了挑战。本研究提出了一种可同时实现绝缘材料与导电材料缺陷检测的双频电磁传感器。通过采用高频和低频信号的叠加激励，该传感器可同时进行电容和涡流两种模式的检测。通过加入补偿电感器和电容器，传感器的频率响应特性得到了优化，在保持涡流检测能力的同时，大大提高了对电容的灵敏度。
电容-涡流双模式检测系统框图
此外，还开发了一个紧凑型信号处理系统，解决了传统双模传感器系统复杂结构和严格定时要求所带来的挑战。最后，使用所开发的双频检测系统进行了实验，验证其有效性和可行性。实验结果表明，两种频率的特性互补，所开发的系统能有效地检测和区分有机玻璃中的材料缺陷以及铝合金中的材料缺陷和裂纹，从而满足了在实际应用中识别和定位混合结构中缺陷的要求。
“绝缘-导电”混合结构试验及对应的试验结果
仿真和实验结果都证实，所开发的双模探头与检测系统能有效地检测出各种类型的缺陷，并识别出缺陷所在的特定层。此外，两种检测信号相互验证，从而提高了缺陷检测结果的可靠性。传统的检测流程通常依赖于多种技术的顺序应用来检测多材料混合结构，而本文提出的方法则解决了这一问题，有效简化了检测流程提高了准确性和操作效率。虽然这项研究证明了检测机制的可行性，但仍有一些局限性需要在今后的研究中加以解决。传感器的最佳工作频率范围以及材料特性对检测性能的影响值得进一步研究。未来的工作还将探索整合机器学习算法进行自动缺陷分类的可能性，这可以提高传感器解读复杂检测数据的能力。此外，扩大传感器的使用案例，例如将其应用于检测 CUI，将是加强其在石油和天然气等行业应用的一个重要方向。
论文链接：https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3519582
