便携式脉冲涡流热成像电源系统设计
2020年电子技术应用第10期
张廷尧，王晓娜，侯德鑫，叶树亮
中国计量大学 工业与商贸计量技术研究所，浙江 杭州310018
摘要：为实现脉冲涡流热成像技术应用于现场检测，针对锂电池单独供电存在功率低、电压小等问题，设计了一种基于“锂电池+超级电容”复合电源技术的便携式电源系统方案。通过超级电容的充放电实现功率变换，采用DC/DC变换器实现电压转换，实现锂电池的高效利用。首先分析了脉冲涡流热成像电源需求，介绍了电源拓扑结构并搭建了便携式电源系统，之后详细分析了系统开关控制策略，最后对其性能进行测试并通过裂纹检测实验验证了便携式电源的实用性。结果表明：该便携式电源系统额定功率可达1.5 kW，重量在10 kg以内，满足脉冲涡流热成像对便携式电源的初步需求。
中图分类号：TM91；TG115
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200508
中文引用格式：张廷尧，王晓娜，侯德鑫，等. 便携式脉冲涡流热成像电源系统设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200508
中文引用格式：张廷尧，王晓娜，侯德鑫，等. 便携式脉冲涡流热成像电源系统设计[J].电子技术应用，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
脉冲涡流热成像是一种将涡流检测和红外热成像技术相结合的新型无损检测方法，具有非接触、检测范围大、热图显示直观、感应热激励效率高等优点[1-3]。目前的研究主要关注热成像、热激励、热图分析三个方面。其中热激励作为关键技术之一，大多数研究直接采用商业感应加热电源，这些电源存在加热效率低和均匀性差等问题[4]。近年来，也有关于脉冲涡流热成像激励电源的研究。王晓娜等人[5]引入U型聚磁线圈的整套激励装置，通过有限元仿真和实验验证有聚磁线圈的激励比无聚磁线圈的激励具有更高的能量传递效率和更佳的均匀性。为克服单路激励存在对裂纹方向依耐性强和检测灵敏度，提出一种双路正交激励电源系统[6]。针对于传统高频感应加热电源中谐振频率搜索慢、频带窄，提出一种基于改进型全数字频率跟踪技术的高频感应加热电源[7]。这些电源虽然改善了商业电源存在的问题，但这些电源采用大型变压器整流供电或直接采用直流电源供电，存在着体积重量大、不便移动等问题。现代便携式设备通常有锂电池供电和外接电源两种供电方式[8]。对于一些船舶、大桥等户外检测场景，由锂电池供电的便携式脉冲激励电源系统显得尤为重要。
锂电池作为常见的的能量存储器件，其单体输出功率低、电压小。锂电池单独供电时，提升其功率、电压时需要更多的单体；因此兼顾功率输出、能量储存与系统体积重量是便携式脉冲涡流热成像电源亟待解决的问题。为此，设计一种结合锂电池与超级电容的便携式电源，合理有效地实现了脉冲涡流热成像技术应用于现场检测。
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作者信息:
张廷尧，王晓娜，侯德鑫，叶树亮
(中国计量大学 工业与商贸计量技术研究所，浙江 杭州310018)
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