無損探傷儀——為著陸器作體檢

王 鹢 ，鄭闊海，李存惠 ，文 軒，苗育君 ，柳 青，銀 鴻 ，周 震

（1.蘭州空間技術(shù)物理研究所；2.真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.空間材料行為及評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000；4.江蘇多維科技有限公司，江蘇 張家港 315000）

航天在軌無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)水平的高低在很大程度上反映了一個(gè)國家航天技術(shù)的發(fā)展水平。為了對(duì)嫦娥五號(hào)著陸器在著陸過程中的結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行檢測(cè)，保障探月任務(wù)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，蘭州空間技術(shù)物理研究所研制了著陸器無損探傷儀，實(shí)物如圖1所示，在國際上首次利用脈沖電渦流無損檢測(cè)方法開展著陸器著陸過程關(guān)鍵部件的無損檢測(cè)，為地面環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)提供驗(yàn)證，并為后續(xù)登月設(shè)計(jì)提供方案支持。

著陸器無損探傷儀利用激勵(lì)線圈產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，被測(cè)材料將會(huì)感生出呈渦旋狀的感應(yīng)電流，如圖2所示，一旦金屬被測(cè)材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，流通路徑將在不連續(xù)處發(fā)生畸變，從而引起被測(cè)部件表面磁場(chǎng)的變化，利用陣列化TMR磁傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的測(cè)量。探頭的工作分為在軌測(cè)量和地面數(shù)據(jù)處理應(yīng)用兩個(gè)階段。在軌測(cè)量主要是對(duì)著陸過程中著陸器受沖擊損傷狀況的測(cè)量。地面數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)在軌測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，利用地面標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行定量或定性分析，獲得著陸器支撐結(jié)構(gòu)連接部位的健康狀況。

針對(duì)航天產(chǎn)品的特殊需求與特點(diǎn)，開發(fā)了小體積、輕重量、低功耗的TMR磁傳感器；針對(duì)探頭對(duì)微小缺陷檢測(cè)的要求，設(shè)計(jì)了陣列化布局的傳感器結(jié)構(gòu)；通過矩形線圈的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)材料的均勻激勵(lì)，避免了邊緣效應(yīng)，提升了邊緣缺陷的檢出能力；通過激勵(lì)線圈與TMR傳感器的集成設(shè)計(jì)，保證了渦流分布的連續(xù)性及在一定深度處保持足夠強(qiáng)度，避免了深層缺陷的漏檢，確保了嫦娥五號(hào)著陸器在著陸過程中的結(jié)構(gòu)健康狀況檢測(cè)任務(wù)的順利開展。

該技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了我國空間在軌原位無損檢測(cè)，可為載人探月及后續(xù)深空探測(cè)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：嫦娥五號(hào)；空間無損檢測(cè)；脈沖渦流；TMR隧道磁電阻傳感

Key words：Chang’E-5；space non-destructive testing；pulse eddy currenc；TMR sensor

中圖分類號(hào)：V476.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006?7086（2021）01?0102?01

DOI：10.3969∕j.issn.1006?7086.2021.01.018

圖1 嫦娥五號(hào)著陸器無損探傷儀實(shí)物圖

圖2 電渦流檢測(cè)原理圖