Detection of Hidden Corrosion by Pulsed Eddy Current Using Time Frequency Analysis

En augmentant le nombre de demandes de voyages par l'intermédiaire des lignes aériennes, on augmente ainsi le nombre d'avions et par conséquent le nombre d'avions vieillissants en service. Dans l'industrie aérospatiale, comme pour d'autres industries de transport, l'existence des défauts dans les véhicules et la capacité de trouver ces défauts peuvent faire la différence entre la vie et la mort. De ce fait, les méthodes d'essais non destructives sont périodiquement appliquées pour inspecter les composantes d'avions avant qu'elles soient assemblées et également durant toute leur durée de vie. Les composantes d'avions sont conçues pour être aussi légères que possible afin de supporter les charges relativement élevées à leur force matérielle. Cela signifie qu'une petite défaut paille peut causer de grandes ruptures dans le fuselage ou les moteurs de ces avions. La fatigue et la corrosion sont les deux principales causes des défaillances d'avions en service. Plusieurs méthodes d'essais non destructives sont habituellement appliquées pour inspecter les composantes d'avions lorsqu'elles sont en opération. Ces méthodes sont l'ultrason, les courants de Foucault, le liquide pénétrant, le rayonnement et l'inspection magnétiques des particules. La nature électromagnétique de l'essai des courants de Foucault fournit une grande pénétration des fuselages d'avions et donne de riches informations de l'intérieur de la structure de l'échantillon inspecté. Par conséquent, cette méthode est présentée comme l'une des méthodes d'inspection les plus puissantes dans l'industrie aéronautique. La limitation principale des essais par les courants de Foucault est que cette méthode a besoin d'un inspecteur professionnel et que seulement les matériaux conducteurs peuvent être inspectés par ces essais. Par contre, les tests des courants de Foucault n'ont besoin d'aucun contact physique avec la surface inspectée, ce qui leur donne un grand avantage par rapport aux autres essais non destructifs employés dans l'industrie aéronautique. Deux types d'inspection ont été développés concernant les tests par les courants de Foucault : les tests par les courants de Foucault conventionnels et les tests pulsés. Dans les tests de courant de Foucault conventionnels, la sonde est excitée avec un signal sinusoïdal harmonique aux fréquences uniques ou à fréquences multiples pour étudier les signaux transitoires de courant de Foucault. Contrairement aux essais conventionnels, les essais par les courants de Foucault pulsés appliquent à la place une excitation sous forme d'impulsion carrée ou sinusoïdale et la bobine de la sonde est excitée par des impulsions répétitives à large bande.

Abstract

The increasing demand for air travel has led to an increased number of aircraft in service. A large number of aging aircraft continue to fly. In the aerospace industry, as with other transportation industries, the occurrence of defects in vehicles and the ability to find these defects can make the difference between life and death. For this reason, non-destructive testing methods are periodically applied to inspect aircraft components before they are assembled and also throughout their service life. Components of aircrafts are designed to be as light as possible and also carry very high loads relative to their material strength. This means that a small flaw can cause a major failure in an aircraft fuselage or engine. Fatigue and corrosion are two main causes of failure in aircraft. Several non-destructive testing methods are typically applied to inspect aircraft components while they are in service. These methods are ultrasound, eddy current, liquid penetrate, radiation and magnetic particle inspection. The electromagnetic nature of eddy current testing provides deeper penetration through the aircraft fuselage and brings out rich information describing the interior structure of the inspected sample. Therefore, this method is a powerful inspection method that can be applied in the avionic industry. The main limitations of eddy current testing are that a professional inspector is required to use the method and only conductive materials can be inspected. On the other hand, the main advantage of eddy current testing compared to other non-destructive methods is that it needs no physical contact with the surface. Two types of inspection have been developed in eddy current testing; conventional eddy current and pulsed eddy current. In conventional eddy current testing, a probe is excited with a harmonic sinusoidal signal at a single frequency or multi frequencies to study transient eddy current signals. In contrast to the conventional eddy current method, the pulsed eddy current testing method applies square or sinusoidal shaped pulse excitation and the probe's driving coil is excited by repetitive broadband pulses. This thesis reports development of an automatic inspection method incorporating pulsed eddy current testing to determine the position and size of flaws buried in an aluminum double-layer structure and also to measure thickness variation in an aluminum single-layer system. Three main aspects are presented; building up a pulsed eddy current setup with all the components to acquire signals from defected samples, applying new signal processing and treatment methods using time-frequency distributions to reveal hidden information from the acquired pulsed eddy current system and applying artificial intelligence methods to minimize human interference in estimating and determine the defect distribution in aircraft fuselages. Inspection in the aerospace industry is a sensitive case and a non-destructive method must be accurate and reliable for aircraft inspection.