题目：铁磁构件壁厚脉冲涡流检测理论与方法研究

工业领域大量使用铁磁管道和容器来输送和存储液体或气体介质，所输送的介质大多具有高温、高压、腐蚀性强等特点，因此铁磁构件的腐蚀十分普遍。腐蚀导致铁磁构件的壁厚减薄，承压性能下降，造成泄漏、爆炸等事故，带来人员伤亡和经济损失。因此需要定期对铁磁构件的腐蚀情况实施在役无损检测和评估。脉冲涡流法是一种可以在包覆层外在役检测铁磁构件壁厚的电磁无损检测方法。

本文根据电磁场理论，研究了铁磁构件脉冲涡流检测的基础理论与方法，得到的主要创新有：

（1）得到了导电、导磁中空管道外任意放置圆柱线圈激励下脉冲涡流场的时域解析式。引入二阶矢量位，用两个标量函数来描述非轴对称三维磁场，求解得到了管道外任意放置圆柱线圈激励下的涡流场频域解析式；然后通过留数法求解拉氏反变换，得到了脉冲电流激励下，检测线圈两端感应电压以及管壁内涡流密度的时域解析式；最后对比得到了不同线圈放置方式下管壁内脉冲涡流扩散过程以及时域感应电压对管道壁厚的检测灵敏度。

（2）得到了脉冲电流下降沿激励下导电、导磁平板脉冲涡流场时域解析式。利用拉普拉斯变换和有限汉克尔变换求解得到了平板导体截断涡流场模型在复频域中级数形式的场量表达式；然后利用留数定理求解拉氏反变换，得到了脉冲涡流场的时域解析式；给出了平板导体内涡流随时间的扩散过程及其与时域感应电压之间的关系；最后得到了铁磁平板脉冲涡流场时域感应电压分别在前期、后期段的近似表达式，以及感应电压信号检测特征量的提取方法。

（3）得到了铁磁构件脉冲涡流检测的参数反演方法。建立时域感应电压测量值与理论计算值之间的最小二乘最优化问题，来反演铁磁构件的壁厚、电导率和磁导率；通过分析时域感应电压对各参数偏导函数之间的线性相关性，得出利用带误差的时域感应电压信号，只能准确反演出电导率与壁厚的乘积，以及相对磁导率与壁厚的乘积两个量；提出一种新颖的铁磁构件电导率脉冲涡流测量方法，可不接触、无损地测量出铁磁性金属材料的电导率，脉冲涡流法电导率测量结果得到了直流四探针法测量结果的验证；得到了铁磁构件壁厚脉冲涡流检测方法，通过构件上两处检测点之间电导率与壁厚的乘积反演结果的比值，来得到两处检测点壁厚的相对变化量。

（4）试制出了铁磁构件壁厚脉冲涡流检测装置。利用得到的铁磁平板和铁磁管道脉冲涡流场时域感应电压的解析式、铁磁构件壁厚反演模型和反演算法等理论研究结果，试制出一套铁磁构件壁厚脉冲涡流检测装置；得到了信号特征量法和参数反演法两种检测铁磁构件壁厚相对变化量的方法；最后利用试制的铁磁构件壁厚脉冲涡流检测装置，对带有壁厚减薄缺陷的钢板和壁厚变化的钢管进行扫描检测，壁厚相对变化量检测结果误差不大于2%，对缺陷边缘识别良好。

（5）得到了适应于铁磁构件壁厚涡流检测的激励电流波形。从解析式出发论证了脉冲涡流场对铁磁构件壁厚的检测能力要明显优于正弦涡流场，得出由于脉冲涡流场可避免入射场和导体表面反射场的叠加效果，使得脉冲电流激励下时域感应电压信号对铁磁构件壁厚的检测能力大幅提升；得到了脉冲激励电流下降沿时间常量合适的取值范围，使其对壁厚检测灵敏度的影响足够小。