脉冲调制涡流检测涂层系统的减薄缺陷检出概率分析

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.07.001

中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (7): 1541-1547.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.07.001

• 机械基础工程 •

脉冲调制涡流检测涂层系统的减薄缺陷检出概率分析

苏冰洁¹(), 李勇¹^,²^,³(), 王艺融¹, 赵桢¹, 陈振茂¹^,²^,³

^1.复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室, 西安, 710049
^2.陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心, 西安, 710049
^3.西安交通大学航天航空学院, 西安, 710049

收稿日期:2025-07-25 出版日期:2026-07-25 发布日期:2026-08-18
通讯作者: 李勇
作者简介:苏冰洁，女，1998年生，博士研究生。研究方向为电磁无损检测。发表论文4篇。E-mail： Subingjie@stu.xjtu.edu.cn
李勇^*（通信作者），男，1978年生，教授、博士研究生导师。研究方向为机械结构无损定量检测及完整性评估。发表论文200余篇。E-mail： yong.li@mail.xjtu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(52177007);国家自然科学基金(52311540018);科技部磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03130003)

Analysis of POD for Pulse-modulation Eddy Current Testing of Thickness Reduction in Coating Systems

SU Bingjie¹(), LI Yong¹^,²^,³(), WANG Yirong¹, ZHAO Zhen¹, CHEN Zhenmao¹^,²^,³

^1.State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures，Xi’an，710049
^2.Shaanxi Engineering Research Centre of NDT and Structural Integrity Evaluation，Xi’an，710049
^3.School of Aerospace Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an，710049

Received:2025-07-25 Online:2026-07-25 Published:2026-08-18
Contact: LI Yong

摘要/Abstract

摘要：

针对热障涂层系统中的涂层减薄缺陷，采用线性回归模型分析了不同频率的脉冲调制波与脉冲调制波载波频率对应的正弦波对涂层减薄缺陷的涡流检测结果，确定了脉冲调制涡流检测的优势。建立了热障涂层系统涂层减薄缺陷的脉冲调制涡流检测仿真模型，并基于仿真结果构建了三种回归模型拟合实验数据，所提模型能较好地表征实验数据与缺陷尺寸之间的关系。对回归结果进行检出概率分析，通过接收者操作特征曲线确定了检出概率的阈值，并绘制了检出概率曲线。检出概率分析结果表明，95%低置信边界上90%检出概率对应的缺陷尺寸为50.62 μm。

关键词: 电磁无损检测, 脉冲调制涡流检测, 涂层系统, 涂层减薄缺陷, 检出概率

Abstract:

This paper addresses the detection of thickness reduction defects in thermal barrier coating （TBC） systems. It compares eddy current testing responses obtained by pulse-modulation waves at different frequencies with those from corresponding sinusoidal waves via linear regression analysis， demonstrating the advantages of pulse-modulation eddy current testing. A numerical simulation model for coating thinning defects in TBC systems is established. Based on the simulation results， three regression models are developed to fit the experimental data， and these models effectively characterize the relationship between the measured signals and defect size. Probability of detection （POD） analysis is performed on the regression results. The detection threshold is determined using the receiver operating characteristic curve， and the POD curve is constructed. The POD analysis results indicate that a 90% POD corresponds to a defect size of 50.62 μm， with a 95% lower-confidence bound.

Key words: electromagnetic nondestructive testing, pulse-modulation eddy current testing, coating system, thinning defect, probability of detection

中图分类号:

TG115.28

苏冰洁, 李勇, 王艺融, 赵桢, 陈振茂. 脉冲调制涡流检测涂层系统的减薄缺陷检出概率分析[J]. 中国机械工程, 2026, 37(7): 1541-1547.

SU Bingjie, LI Yong, WANG Yirong, ZHAO Zhen, CHEN Zhenmao. Analysis of POD for Pulse-modulation Eddy Current Testing of Thickness Reduction in Coating Systems[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(7): 1541-1547.

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图/表 13

图1 实验系统

Fig.1 Experimental system

图2 脉冲重复频率为10 kHz的脉冲调制波波形图及其频谱图

Fig.2 Pulse-modulation wave and its spectrogram at a pulse repetition frequency of 10 kHz

图3 不同厚度涂层减薄缺陷下的信号特征散点图及线性回归结果

Fig.3 Scatter plot of signal features and linear regression results under coating thinning defects of different thicknesses

图4 仿真模型示意图

Fig.4 Simulation model schematic diagram

表1 仿真模型尺寸与电磁参数

Tab.1 Simulation model dimensions and electromagnetic parameters

参数	值	参数	值	参数	值
d_Ⅱ，i/mm	0.3	h_Ⅰ/mm	6	μ_B	1
d_Ⅱ，o/mm	3	l_A/μm	0~600	μ_r3	1
d_Ⅰ，i/mm	4	l_B/μm	100	σ_A/（MS·m^-1）	0
d_Ⅰ，o/mm	8.22	l_C/mm	3.5	σ_B/（MS·m^-1）	0.40
h_Ⅱ/mm	3	μ_A	1	σ_C/（MS·m^-1）	0.67

图5 仿真中不同涂层厚度下的检测信号及信号特征

Fig.5 Testing signals and signal features under different coating thicknesses in simulation

图6 基于仿真数据的回归结果

Fig.6 Regression results based on simulation data

图7 真实TBC试件的照片

Fig.7 Image of the real TBC specimen

图8 真实TBC试件与聚酰亚胺薄膜层模拟涂层试件的检测结果

Fig.8 Testing results of the real TBC specimen and polyimide film layer simulated coating specimen.

表2 真实TBC系统的减薄厚度 (μm)

Tab.2 Thickness reduction of the actual TBC system

试件编号	预测值	实际值	差值
1	434.62	430	4.62
2	301.72	300	1.72
3	206.23	200	6.23
4	111.73	100	11.73

图9 无缺陷信号的噪声直方图与拟合的正态分布曲线

Fig.9 Histogram of noise for defect-free signals and fitted normal distribution curve

图10 涂层厚度减小50 μm和100 μm的ROC曲线

Fig.10 ROC curves for coating thickness reductions of 50 μm and 100 μm

图11 不同缺陷尺寸的POD

Fig.11 POD for different defect sizes

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Analysis of POD for Pulse-modulation Eddy Current Testing of Thickness Reduction in Coating Systems

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