《電子技術應用》
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便攜式脈沖渦流熱成像電源系統(tǒng)設計
2020年電子技術應用第10期
張廷堯，王曉娜，侯德鑫，葉樹亮
中國計量大學 工業(yè)與商貿計量技術研究所，浙江 杭州310018
摘要： 為實現(xiàn)脈沖渦流熱成像技術應用于現(xiàn)場檢測，針對鋰電池單獨供電存在功率低、電壓小等問題，設計了一種基于“鋰電池+超級電容”復合電源技術的便攜式電源系統(tǒng)方案。通過超級電容的充放電實現(xiàn)功率變換，采用DC/DC變換器實現(xiàn)電壓轉換，實現(xiàn)鋰電池的高效利用。首先分析了脈沖渦流熱成像電源需求，介紹了電源拓撲結構并搭建了便攜式電源系統(tǒng)，之后詳細分析了系統(tǒng)開關控制策略，最后對其性能進行測試并通過裂紋檢測實驗驗證了便攜式電源的實用性。結果表明：該便攜式電源系統(tǒng)額定功率可達1.5 kW，重量在10 kg以內，滿足脈沖渦流熱成像對便攜式電源的初步需求。
中圖分類號： TM91；TG115
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200508
中文引用格式： 張廷堯，王曉娜，侯德鑫，等. 便攜式脈沖渦流熱成像電源系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2020，46(10)：118-122.
英文引用格式： Zhang Tingyao，Wang Xiaona，Hou Dexin，et al. Design of portable power supply system for pulsed eddy current thermography[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(10)：118-122.
Design of portable power supply system for pulsed eddy current thermography
Zhang Tingyao，Wang Xiaona，Hou Dexin，Ye Shuliang
Institute of Industry and Trade Measurement Technique，China Jiliang University，Hangzhou 310018，China
Abstract： In order to realize the application of pulsed eddy current thermography technology in field detection, a portable power system scheme based on "lithium battery+supercapacitor" composite power supply technology was designed to solve the problems of low power and low voltage in the separate power supply of lithium battery.The power conversion is realized by charging and discharging of supercapacitors, and the voltage conversion is realized by using DC/DC converter to realize efficient utilization of lithium batteries.Firstly, the demand of pulsed eddy current thermal imaging power supply is analyzed, the topological structure of the power supply is introduced and the portable power supply system is built. Then, the switching control strategy of the system is analyzed in detail. Finally, its performance is tested and the practicability of the portable power supply is verified by crack detection experiment. The results show that the rated power of the portable power supply system is up to 1.5 kW and the weight is within 10 kg, which meets the initial demand of the portable power supply for pulsed eddy current thermography.
Key words : pulsed eddy current thermography；protable；lithium batteries；super-capacitor；DC/DC converter

0 引言

    脈沖渦流熱成像是一種將渦流檢測和紅外熱成像技術相結合的新型無損檢測方法，具有非接觸、檢測范圍大、熱圖顯示直觀、感應熱激勵效率高等優(yōu)點[1-3]。目前的研究主要關注熱成像、熱激勵、熱圖分析三個方面。其中熱激勵作為關鍵技術之一，大多數研究直接采用商業(yè)感應加熱電源，這些電源存在加熱效率低和均勻性差等問題[4]。近年來，也有關于脈沖渦流熱成像激勵電源的研究。王曉娜等人[5]引入U型聚磁線圈的整套激勵裝置，通過有限元仿真和實驗驗證有聚磁線圈的激勵比無聚磁線圈的激勵具有更高的能量傳遞效率和更佳的均勻性。為克服單路激勵存在對裂紋方向依耐性強和檢測靈敏度，提出一種雙路正交激勵電源系統(tǒng)[6]。針對于傳統(tǒng)高頻感應加熱電源中諧振頻率搜索慢、頻帶窄，提出一種基于改進型全數字頻率跟蹤技術的高頻感應加熱電源[7]。這些電源雖然改善了商業(yè)電源存在的問題，但這些電源采用大型變壓器整流供電或直接采用直流電源供電，存在著體積重量大、不便移動等問題?，F(xiàn)代便攜式設備通常有鋰電池供電和外接電源兩種供電方式[8]。對于一些船舶、大橋等戶外檢測場景，由鋰電池供電的便攜式脈沖激勵電源系統(tǒng)顯得尤為重要。

    鋰電池作為常見的的能量存儲器件，其單體輸出功率低、電壓小。鋰電池單獨供電時，提升其功率、電壓時需要更多的單體；因此兼顧功率輸出、能量儲存與系統(tǒng)體積重量是便攜式脈沖渦流熱成像電源亟待解決的問題。為此，設計一種結合鋰電池與超級電容的便攜式電源，合理有效地實現(xiàn)了脈沖渦流熱成像技術應用于現(xiàn)場檢測。




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作者信息:

張廷堯，王曉娜，侯德鑫，葉樹亮

(中國計量大學 工業(yè)與商貿計量技術研究所，浙江 杭州310018)

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