專利名稱：一種消除電子擺振的渦流位移檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及渦流無損位移檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
渦流無損檢測技術(shù)，作為五大無損檢測技術(shù)之一，在航空航天、軌道交通、石油天 然氣管道、清潔能源等的關(guān)鍵零部件的檢測與評估中得到日益廣泛的應(yīng)用。位移測量諸如 振動(dòng)幅度測量、鍍層厚度測量等，作為渦流無損檢測的重要組成部分，可廣泛用于航空航天 器鍍層厚度檢測、清潔能源關(guān)鍵零部件(水輪機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片)的振動(dòng)狀態(tài)檢測以及 高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械的狀態(tài)分析中。根據(jù)渦流檢測理論，被測對象表面和探頭線圈之間檢測距離影響對被測對象中渦 流引起的二級磁場的強(qiáng)度，從而影響耦合的磁感應(yīng)強(qiáng)度。渦流位移檢測技術(shù)就是通過上述 原理建立檢測距離和耦合磁場強(qiáng)度之間的線性關(guān)系，從而完成對機(jī)械位移的檢測。但是根 據(jù)電磁感應(yīng)原理，被測對象中的渦流強(qiáng)度不僅僅與檢測距離有關(guān)，也與被測對象的電磁特 性(電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率)有關(guān)。由于被測對象電磁特性的改變或被測對象電磁特性分布不均勻而引起的檢測誤 差，稱為電子擺振(Electrical Runout :ER0)問題。目前引起電子擺振的因素很多(1)被 測體中存在雜質(zhì)；(2)不均勻的被測對象磁導(dǎo)率；(3)不均勻的被測對象電導(dǎo)率等。雖然隨 著先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加工工藝也得到了進(jìn)一步提高。但是不可避免的在材料加 工過程中摻入其他雜質(zhì)或產(chǎn)生氣泡；一些加工技術(shù)特別是表面加工技術(shù)，提高了材料的表 面硬度、抗腐蝕性等性能，但也會因?yàn)橐鸩牧想姶盘匦缘碾S機(jī)性變化，比如噴丸技術(shù)是 在航空航天器的制造中廣泛使用的一種加工工藝，它可以提高材料的表面硬度和抗腐蝕性 能，但也同時(shí)引入了表面殘余應(yīng)力，從而引起材料電磁特性的變化。從這個(gè)意義上說，電子 擺振問題是渦流位移檢測技術(shù)中亟待解決的問題，解決該問題不僅可以提高渦流位移檢測 傳感器的檢測精度和擴(kuò)大渦流位移傳感器的使用范圍，還可以簡化渦流位移檢測傳感器的 標(biāo)定方法。電子擺振問題是相對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)檢測中出現(xiàn)的機(jī)械擺振 (MechanicalRunout =MRO)問題提出的。機(jī)械擺振是指由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的不圓度 (Out-of-roundess)和不完整表面(Imperfect Surface)引起的測量誤差。因此機(jī)械擺振 問題可以通過提高加工技術(shù)和工藝進(jìn)行改善和消除。而電子擺振是指由于被測對象電磁特 性發(fā)生變化而引起的誤差信號，表現(xiàn)為一種虛擬的位移。由于造成電子擺振的原因錯(cuò)綜復(fù) 雜，因此很難完全消除或降低電子擺振對測量結(jié)果的影響，故而電子擺振問題成為渦流位 移檢測中亟待解決的問題之一。針對渦流位移檢測中存在的電子擺振問題，David H. Biggs (1976)提出了一種 消除渦流位移檢測技術(shù)在機(jī)械軸檢測中產(chǎn)生的電子擺振的方法和實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)(美國專利 3986380)。該專利通過在旋轉(zhuǎn)軸表面布點(diǎn)，測試不同點(diǎn)探頭輸出，從而確定發(fā)生最大電子擺 振的位置(位置1)和發(fā)生最小電子擺振的位置(位置2)，然后通過冷加工的方法改變位
4置1的電磁特性，再對該點(diǎn)的探頭輸出進(jìn)行測量，重復(fù)以上步驟，直到該點(diǎn)的測量結(jié)果與位 置2的測量結(jié)果相比達(dá)到期望的最小值。該方法主要通過冷加工的方法對被測對象進(jìn)行表 面處理，重新分布被測對象表面的電磁特性，從而降低電子擺振對計(jì)算結(jié)果的影響。但是該 方法存在以下三個(gè)主要問題①該專利認(rèn)為通過冷加工等加工手段可以改變被測對象表面的電磁特性分布，力 求通過局部的表面處理技術(shù)使整個(gè)表面的電磁特性趨于一個(gè)穩(wěn)定值。但是不同被測對象表 面的電磁特性分布因加工方法和被測材料自身特性的不同而迥然不同，因此依據(jù)該專利中 提出的方法，每個(gè)被測對象在檢測前都需要確定測點(diǎn)的分布方案，而沒有形成一個(gè)針對所 有被測對象的統(tǒng)一的測點(diǎn)分布方案。因此該方法的通用性較差。②該方法中的期望最小值是在位置2處電子擺振的基礎(chǔ)上提出的，然而位置2處 的電子擺振大小卻無法準(zhǔn)確得知，因此該方法只能相對削弱電子擺振，而無法消除電子擺 振；③該專利中提出方法對電子擺振的削弱程度取決于測點(diǎn)的選擇，因此具有一定隨 機(jī)性。針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，急需針對渦流位移檢測技術(shù)提出一種通用的、 穩(wěn)定的且能夠徹底消除電子擺振的方法?；诖?，本發(fā)明提出一種新的方法對渦流位移檢 測中的電子擺振進(jìn)行補(bǔ)償，該方法具有通用性強(qiáng)/穩(wěn)定性好且能夠徹底消除電子擺振對渦 流位移檢測結(jié)果的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的渦流位移檢測裝置中電子擺振補(bǔ)償方法中通用性差、穩(wěn)定性差、 無法徹底消除渦流位移檢測中電子擺振的缺點(diǎn)，提出了 一種消除電子擺振的渦流位移檢測 方法及其裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種消除電子擺振的渦流位移檢測方法，包括 步驟步驟1.產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號通過信號發(fā)生模塊產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號并 將其輸入渦流探頭線圈模塊；步驟2.磁化被測對象通過選擇合適的磁化器和磁化強(qiáng)度，使被測對象達(dá)到磁飽 和狀態(tài)；步驟3.產(chǎn)生響應(yīng)信號正弦激勵(lì)信號輸入渦流探頭線圈后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理會 在被測對象和渦流探頭線圈之間的空間形成一個(gè)耦合的電磁場，磁傳感器分布于該空間中 并探測所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量，磁傳感器將探測到的分量復(fù)數(shù)向量轉(zhuǎn) 化成相對應(yīng)的電壓信號，并將該電壓信號作為響應(yīng)信號輸入到響應(yīng)信號采集與濾波模塊；步驟4.響應(yīng)信號濾波通過響應(yīng)信號濾波模塊對電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾出 電壓信號中的雜波電壓信號，并將得到的理想電壓信號輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模 塊；步驟5.響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離理想電壓信號在響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模 塊中分離為兩路信號，一路是理想電壓信號的實(shí)部信號，另一路是理想電壓信號的虛部信 號，并將這兩路信號送入濾波模塊。
步驟6.實(shí)部信號和虛部信號濾波將理想電壓信號的實(shí)部信號和虛部信號通過 濾波模塊濾除實(shí)部信號和虛部信號在步驟(5)中產(chǎn)生的雜波信號，并將濾波后的實(shí)部信號 和虛部信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；步驟7.模數(shù)轉(zhuǎn)換對濾波后的實(shí)部信號和虛部信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換 為對應(yīng)的數(shù)字量并將其輸入到磁感應(yīng)強(qiáng)度分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊；步驟8.磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算通過磁傳感器中磁感 應(yīng)強(qiáng)度和電壓的變換關(guān)系和步驟(7)中得到的濾波后的實(shí)部信號和虛部信號的數(shù)字量計(jì) 算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部Bimag并將其輸入到電子擺振補(bǔ)償模塊；步驟9.電子擺振補(bǔ)償通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng) 強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量所在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系；將步驟(8)中得到的 磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部代入橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系中 計(jì)算得到位移。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種消除電子擺振的渦流位移檢測裝置，包 括依次連接的信號發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號并將其輸入渦流探頭線圈模 塊；磁化模塊，用于磁化被測對象并使被測對象達(dá)到磁飽和狀態(tài)；響應(yīng)信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生響應(yīng)信號并將該響應(yīng)信號對應(yīng)的電壓信號作為響應(yīng) 信號輸入到響應(yīng)信號采集與濾波模塊；響應(yīng)信號濾波模塊，用于對電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾出電壓信號中的雜波電壓 信號，并將得到的理想電壓信號輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊；響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊，用于將理想電壓信號在響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離 模塊中分離為兩路信號，一路是理想電壓信號的實(shí)部信號，另一路是理想電壓信號的虛部 信號，并將這兩路信號送入濾波模塊。實(shí)部信號和虛部信號濾波模塊用于將理想電壓信號的實(shí)部信號和虛部信號通過 濾波模塊濾除實(shí)部信號和虛部信號產(chǎn)生的雜波信號，并將濾波后的實(shí)部信號和虛部信號送 入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對濾波后的實(shí)部信號和虛部信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換 為對應(yīng)的數(shù)字量并將其輸入到磁感應(yīng)強(qiáng)度分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊；磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊，用于通過磁傳感器中磁感 應(yīng)強(qiáng)度和電壓的變換關(guān)系和濾波后的實(shí)部信號和虛部信號的數(shù)字量計(jì)算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度 信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部虛部并將其輸入到電子擺振補(bǔ)償模塊；電子擺振補(bǔ)償模塊用于通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng) 強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量所在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系；將步驟(8)中得到的 磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部代入橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系中 計(jì)算得到位移。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將利用具有不同電導(dǎo)率的被測對象(完全磁化)在同 一位移下，磁傳感器中磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量的實(shí)部和虛部位于同一條橢圓曲線 上；不同位移下的橢圓曲線簇具有相同的轉(zhuǎn)向角且相切于一點(diǎn)的特點(diǎn)，通過橢圓的長半軸計(jì)算被測對象的位移。因?yàn)槲挥谕粋€(gè)橢圓曲線上不同被測對象下的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分 量復(fù)數(shù)向量具有相同的位移，因此通過該方法可以消除具有不同電磁特性或者電磁特性分 布不均勻的被測對象在渦流位移檢測裝置中的電子擺振問題；該方法相對于現(xiàn)有技術(shù)，無 需布置測點(diǎn)，因此穩(wěn)定性更高；該方法充分利用了渦流位移檢測裝置中的磁傳感器中磁感 應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量的實(shí)部和虛部橢圓型分布的特點(diǎn)，因此能夠更徹底的消除電磁 擺振問題。因此該方法是一種通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好且能徹底消除被測對象電磁特性不同或 分布不均勻造成的電子擺振問題。提高了渦流位移檢測的精度和互換性，簡化了補(bǔ)償渦流 位移檢測中電子擺振的程序，減少了檢測時(shí)間，節(jié)約了檢測成本。


圖1是本發(fā)明的方法的主流程圖。圖2是本發(fā)明的裝置的主結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的裝置中響應(yīng)信號產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量與被測對象位移的關(guān)系模型圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種消除電子 擺振的渦流位移檢測方法，包括步驟步驟1.產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號通過信號發(fā)生模塊產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號U0 并將其輸入渦流探頭線圈模塊，Utl可通過如下公式(1)表達(dá)，U0 = A。cos (cot+Φ 0) 公式(1)公式(1)中，U0是正弦激勵(lì)信號、Atl是正弦激勵(lì)信號的幅值、ω是角頻率、t是時(shí) 間變量、Φο是正弦激勵(lì)信號的初始相位。其中Atl和ω為已知量；(K為可測定量。步驟2 磁化被測對象通過選擇合適的磁化器和磁化強(qiáng)度，使被測對象達(dá)到磁飽 和狀態(tài)，在該狀態(tài)下任何被測對象的相對磁導(dǎo)率等于1 ；本步驟與步驟1同時(shí)進(jìn)行。步驟3.產(chǎn)生響應(yīng)信號正弦激勵(lì)信號輸入渦流探頭線圈后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理會 在被測對象和渦流探頭線圈之間的空間形成一個(gè)耦合的電磁場，磁傳感器分布于該空間中 并探測所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bij，磁傳感器將探測到的分量復(fù)數(shù)向量 Bij轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的電壓信號V，并將該電壓信號V作為響應(yīng)信號輸入到響應(yīng)信號采集與濾 波模塊。上述過程中，響應(yīng)信號產(chǎn)生模塊包括渦流探頭線圈、磁傳感器和已經(jīng)在上一步驟 中被完全磁化的被測對象；磁感應(yīng)強(qiáng)度信號在一個(gè)xyz坐標(biāo)中為一個(gè)空間向量，可以分為χ 分量、y分量和ζ分量，本實(shí)施例中選取ζ分量作為磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu，也 可以根據(jù)需要選取χ分量或y分量作為磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量，分量復(fù)數(shù)向量Bij 的復(fù)數(shù)表達(dá)形式的虛部和實(shí)部分為Bimag* Breal ；電壓信號V = Vz+Vfz，其中Vz為分量復(fù)數(shù)向 量Bu對應(yīng)的理想電壓信號，Vfz為分量復(fù)數(shù)向量Bu實(shí)際包含的雜波電壓信號。步驟4.響應(yīng)信號濾波通過響應(yīng)信號濾波模塊對電壓信號V進(jìn)行濾波處理，濾出 電壓信號V中的雜波電壓信號Vfz，并將得到的理想電壓信號Vz輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部 分離模塊；
步驟5.響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離理想電壓信號Vz在響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離 模塊中分離為兩路信號，一路是理想電壓信號Vz的實(shí)部信號v_al，另一路是理想電壓信號 Vz的虛部信號Vzimag，并將這兩路信號送入濾波模塊。上述分離過程中，由于電路設(shè)計(jì)的原因會引入新的電壓雜波信號，為了保證信號 質(zhì)量，因此在后續(xù)處理過程中可以考慮濾除該電壓雜波信號。步驟6.實(shí)部信號Vzreal和虛部信號Vzimag濾波將理想電壓信號\的實(shí)部信號V_al 和虛部信號Vzimag通過濾波模塊濾除實(shí)部信號和虛部信號在步驟(5)中產(chǎn)生的雜波信號，并 將濾波后的實(shí)部信號V’ 和虛部信號V’ zimag送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。本步驟為可選步驟。步驟7.模數(shù)轉(zhuǎn)換對濾波后的實(shí)部信號V’zreal和虛部信號卩胃進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將 模擬量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量并將其輸入到磁感應(yīng)強(qiáng)度分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊。步驟8.磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bij實(shí)部Bral和虛部Bimag計(jì)算通過磁傳 感器中磁感應(yīng)強(qiáng)度和電壓的變換關(guān)系和步驟(7)中得到的濾波后的實(shí)部信號V’_al和虛部 信號V’zimag的數(shù)字量計(jì)算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu實(shí)部Breal和虛部Bimag并 將其輸入到電子擺振補(bǔ)償模塊；因?yàn)椴煌艂鞲衅髦写鸥袘?yīng)強(qiáng)度和電壓的變換關(guān)系不同并且這種變換關(guān)系為已 知，可以參照這種變換關(guān)系直接進(jìn)行計(jì)算，因此不再詳細(xì)描述。步驟9.電子擺振補(bǔ)償通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng) 強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu所在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系；將步驟(8)中得到 的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu實(shí)部BMal和虛部Bimag代入橢圓曲線的長半軸與位移 的函數(shù)關(guān)系中計(jì)算得到位移。本步驟的具體實(shí)現(xiàn)過程為步驟91.通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分 量復(fù)數(shù)向量BuK在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系。下面對橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系建立的理論基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)描述當(dāng)被 測對象的相對磁導(dǎo)率等于1且當(dāng)被測對象中的集膚深度小于被測對象厚度時(shí)，可以建立如 圖4所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu與被測對象的位移關(guān)系模型圖；圖中i和j
均為自然數(shù)，其中i的取值范圍為1，2，3......η,本實(shí)施例中η取值23，j為1，2，3......m，
本實(shí)施例中m取值10，i代表實(shí)驗(yàn)過程中被測對象電導(dǎo)率在范圍0-1000MS—1 (兆西門子分之 一)中所取的組數(shù)，j代表實(shí)驗(yàn)過程中所取不同位移的組數(shù)；代表第j組位移，BU代表在 第j組位移下第i種被測對象下磁傳感器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量。在實(shí)際狀態(tài)中，同一材料的被測物體中的電導(dǎo)率分布是不均勻的，被測對象是指 同一被測物體中具有不同電導(dǎo)率的位置點(diǎn)，在理想狀態(tài)下，同一材料的被測物體中所有位 置的電導(dǎo)率是相同的，此時(shí)被測對象即為被測物體。本實(shí)施例中，考慮的是實(shí)際狀態(tài)，但是， 如果將不同被測物體內(nèi)部的電導(dǎo)率都看成是均勻的，本發(fā)明還可以通過一次標(biāo)定測試不同 被測物體的位移，此時(shí)被測對象代表了不同的被測物體，此時(shí)，對這些不同被測物體的測量 過程仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。圖4中坐標(biāo)系中，磁傳感器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bij實(shí)部Breal和虛 部Bimag分別表示橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)在同一組位移Ij下具有不同電導(dǎo)率 的i種被測對象的分量復(fù)數(shù)向量Bij在圖4中呈橢圓曲線分布(實(shí)際測試過程中只是近似 滿足這種線性關(guān)系，但在建立該模型和模型計(jì)算過程中則認(rèn)為完全滿足這種關(guān)系)，即可以
8通過一條橢圓曲線將同一組位移下i種被測對象的分量復(fù)數(shù)向量Bu連接起來。橢圓曲 線公式如公式(1)所示。從理論上分析，當(dāng)被測對象的電導(dǎo)率為零時(shí)，不同組位移=I1,
I2......Im下形成的橢圓分布相內(nèi)切于一點(diǎn)A(即圖中BJ，該點(diǎn)即為被測對象電導(dǎo)率為零
時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bij對應(yīng)的點(diǎn)，此時(shí)，Blm = B2m = ... =Bm。通過實(shí)驗(yàn)，
我們也發(fā)現(xiàn)了不同組位移Ij = I1, I2......Im下橢圓曲線相切于一點(diǎn)A且具有相同的橢圓
曲線轉(zhuǎn)向角θ，橢圓曲線轉(zhuǎn)向角θ用以表示橢圓曲線的長軸與橫坐標(biāo)軸的夾角，定義該點(diǎn)
橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為Bnreal和Bnimag。不同組位移I1,12......Iffl下橢圓曲線的中心點(diǎn)橫坐
標(biāo)和縱坐標(biāo)分別定義S」和Τ」。[(U^uHA]2 , [(^sin^^gcos^) + 7；]2 …
b/Bifflag和BMal分別表示分量復(fù)數(shù)向量Bu的虛部和實(shí)部，Bj和…為橢圓的長半軸和 短半軸。同時(shí)通過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)不同組位移I1, I2......Im下橢圓曲線的長半軸…和短
半軸h滿足如公式(3)中的線性關(guān)系bj = K1Bj^d1 公式(3)公式(3)中，K1為比例系數(shù)，Cl1為截距。K1, Cl1在得到不同位移下橢圓曲線的長半 軸…和短半軸…后通過數(shù)據(jù)擬合方法得到。本實(shí)施例中數(shù)據(jù)擬合方法采用最小二乘法，因 為最小二乘法是現(xiàn)有的數(shù)學(xué)擬合計(jì)算中的常用方法，因此不再詳細(xì)描述。我們也發(fā)現(xiàn)不同組位移I1, I2......Im下橢圓曲線的中心點(diǎn)橫軸坐標(biāo)Sj和縱軸坐
標(biāo)L滿足如公式(4)中的線性關(guān)系Tj = K2Sj+d2 公式(4)公式⑷中，K2為比例系數(shù)，d2為截距。K2，d2在得到不同位移下橢圓曲線的中心 點(diǎn)橫軸坐標(biāo)Sj和縱軸坐標(biāo)Tj后通過數(shù)據(jù)擬合方法得到。本實(shí)施例中數(shù)據(jù)擬合方法采用最 小二乘法，因?yàn)樽钚《朔ㄊ乾F(xiàn)有的數(shù)學(xué)擬合計(jì)算中的常用方法，因此不再詳細(xì)描述。從圖中可知，位移和橢圓曲線的長半軸a」存在一一對應(yīng)的關(guān)系，即在同一位移 Ij下，具有不同電導(dǎo)率的被測對象的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量Bu所對應(yīng)的橢圓曲 線的長半軸a」是相同的，因此可以建立位移Ij和橢圓曲線長半軸…的函數(shù)關(guān)系。本實(shí)施 例中，位移Ij可以取值10組，通過上述公式(2)可以得到10組橢圓曲線長半軸a」，將這10 組位移和橢圓曲線長半軸…數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到位移和橢圓曲線長半軸…的函數(shù)關(guān) 系FO，這種函數(shù)關(guān)系和擬合算法相關(guān)，如公式(5)。
權(quán)利要求
一種消除電子擺振的渦流位移檢測方法，其特征在于，包括步驟1.產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號通過信號發(fā)生模塊產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號并將其輸入渦流探頭線圈模塊；步驟2.磁化被測對象通過選擇合適的磁化器和磁化強(qiáng)度，使被測對象達(dá)到磁飽和狀態(tài)；步驟3.產(chǎn)生響應(yīng)信號正弦激勵(lì)信號輸入渦流探頭線圈后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理會在被測對象和渦流探頭線圈之間的空間形成一個(gè)耦合的電磁場，磁傳感器分布于該空間中并探測所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量，磁傳感器將探測到的分量復(fù)數(shù)向量轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的電壓信號，并將該電壓信號作為響應(yīng)信號輸入到響應(yīng)信號采集與濾波模塊；步驟4.響應(yīng)信號濾波通過響應(yīng)信號濾波模塊對電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾出電壓信號中的雜波電壓信號，并將得到的理想電壓信號輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊；步驟5.響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離理想電壓信號在響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊中分離為兩路信號，一路是理想電壓信號的實(shí)部信號，另一路是理想電壓信號的虛部信號，并將這兩路信號送入濾波模塊。步驟6.實(shí)部信號和虛部信號濾波將理想電壓信號的實(shí)部信號和虛部信號通過濾波模塊濾除實(shí)部信號和虛部信號在步驟(5)中產(chǎn)生的雜波信號，并將濾波后的實(shí)部信號和虛部信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；步驟7.模數(shù)轉(zhuǎn)換對濾波后的實(shí)部信號和虛部信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量并將其輸入到磁感應(yīng)強(qiáng)度分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊；步驟8.磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算通過磁傳感器中磁感應(yīng)強(qiáng)度和電壓的變換關(guān)系和步驟(7)中得到的濾波后的實(shí)部信號和虛部信號的數(shù)字量計(jì)算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部Bimag并將其輸入到電子擺振補(bǔ)償模塊；步驟9.電子擺振補(bǔ)償通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量所在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系；將步驟(8)中得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部代入橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系中計(jì)算得到位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除電子擺振的渦流位移檢測方法，其特征在于，在步 驟9之后還包括步驟10.位移非線性校正根據(jù)橢圓曲線的長半軸與位移的非線性關(guān)系，對被測對象 位移進(jìn)行非線性校正得到精確的位移值。
3.一種消除電子擺振的渦流位移檢測裝置，其特征在于，包括依次連接的 信號發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號并將其輸入渦流探頭線圈模塊； 磁化模塊，用于磁化被測對象并使被測對象達(dá)到磁飽和狀態(tài)；響應(yīng)信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生響應(yīng)信號并將該響應(yīng)信號對應(yīng)的電壓信號作為響應(yīng)信號 輸入到響應(yīng)信號采集與濾波模塊；響應(yīng)信號濾波模塊，用于對電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾出電壓信號中的雜波電壓信號， 并將得到的理想電壓信號輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊；響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊，用于將理想電壓信號在響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊 中分離為兩路信號，一路是理想電壓信號的實(shí)部信號，另一路是理想電壓信號的虛部信號，并將這兩路信號送入濾波模塊。實(shí)部信號和虛部信號濾波模塊用于將理想電壓信號的實(shí)部信號和虛部信號通過濾波 模塊濾除實(shí)部信號和虛部信號產(chǎn)生的雜波信號，并將濾波后的實(shí)部信號和虛部信號送入模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對濾波后的實(shí)部信號和虛部信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為對 應(yīng)的數(shù)字量并將其輸入到磁感應(yīng)強(qiáng)度分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊；磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部計(jì)算模塊，用于通過磁傳感器中磁感應(yīng)強(qiáng) 度和電壓的變換關(guān)系和濾波后的實(shí)部信號和虛部信號的數(shù)字量計(jì)算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度信號 的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部虛部并將其輸入到電子擺振補(bǔ)償模塊；電子擺振補(bǔ)償模塊用于通過實(shí)驗(yàn)方法建立不同位移下的多組被測對象的磁感應(yīng)強(qiáng)度 信號的分量復(fù)數(shù)向量所在橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系；將步驟(8)中得到的磁感 應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量實(shí)部和虛部代入橢圓曲線的長半軸與位移的函數(shù)關(guān)系中計(jì)算 得到位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除電子擺振的渦流位移檢測裝置，其特征在于，在電 子擺振補(bǔ)償模塊后還連接有位移非線性校正模塊，用于根據(jù)橢圓曲線的長半軸與位移的 非線性關(guān)系，對被測對象位移進(jìn)行非線性校正得到精確的位移值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種消除電子擺振的渦流位移檢測裝置，其特征在于，響 應(yīng)信號產(chǎn)生模塊由渦流探頭線圈、磁感應(yīng)器和被測對象組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種消除電子擺振的渦流位移檢測方法及其裝置，包括依次連接的信號發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生固定頻率的正弦激勵(lì)信號并將其輸入渦流探頭線圈模塊；磁化模塊，用于磁化被測對象并使被測對象達(dá)到磁飽和狀態(tài)；響應(yīng)信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生響應(yīng)信號并將該響應(yīng)信號對應(yīng)的電壓信號作為響應(yīng)信號輸入到響應(yīng)信號采集與濾波模塊；響應(yīng)信號濾波模塊，用于對電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾出電壓信號中的雜波電壓信號，并將得到的理想電壓信號輸入到響應(yīng)信號實(shí)部與虛部分離模塊。本發(fā)明的有益效果是利用渦流位移檢測裝置中磁傳感器中磁感應(yīng)強(qiáng)度信號的分量復(fù)數(shù)向量的實(shí)部和虛部橢圓分布特點(diǎn)，能夠更徹底消除電磁擺振問題，提高了渦流位移檢測的精度和互換性。
文檔編號G01B7/02GK101975543SQ20101026897
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者于亞婷, 杜平安 申請人:電子科技大學(xué)