專利名稱：電磁超聲信號(hào)疊加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁超聲探傷方法，更具體地講，涉及一種基于信號(hào)疊加的電磁超聲探傷方法。
背景技術(shù)：
電磁超聲探傷是一項(xiàng)新興的超聲波檢測(cè)技術(shù)。將通有高頻脈沖電流的激磁線圈 (發(fā)射線圈)置于作為被測(cè)對(duì)象的導(dǎo)電金屬表面上，線圈產(chǎn)生的交變磁場作用于被測(cè)對(duì)象表面層內(nèi)感應(yīng)出頻率相同、方向相反的渦流，該渦流是由運(yùn)動(dòng)著的帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的，該渦流與同時(shí)施加在被測(cè)對(duì)象另一處上的恒定磁場(如，永久磁鐵或直流電磁鐵產(chǎn)生)相互作用， 則被測(cè)對(duì)象中的帶電質(zhì)點(diǎn)在磁場中流動(dòng)時(shí)受到垂直于磁場方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的力一洛侖茲(Lorentz)力的作用而發(fā)生位移，使渦流進(jìn)入的體積元發(fā)生振動(dòng)，從而激發(fā)出與渦流頻率相同的超聲波，形成了超聲波波源，視作用力的分力方向(水平分量與垂直分量)可以同時(shí)激發(fā)出縱波與橫波。當(dāng)超聲波在被測(cè)對(duì)象中傳播時(shí)，如果遇到聲阻抗不同的物體時(shí)發(fā)生反射，利用渦流線圈(接收線圈)來接收這個(gè)反射波，通過計(jì)量此超聲波在物體中的傳播時(shí)間，就可以計(jì)算出被測(cè)物體的厚度值和/或缺陷所在位置。接收超聲波是產(chǎn)生超聲波的過程的逆過程，即被測(cè)對(duì)象中的超聲反射回波導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)在恒定磁場中振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使配置在被測(cè)對(duì)象表面上的檢測(cè)線圈中有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，即可作為接收信號(hào)，其頻率與接收到的超聲波有相同的頻率，其大小則隨磁場的增大而增加。與傳統(tǒng)的壓電超聲波技術(shù)相比，電磁超聲探傷技術(shù)具有不需要使用耦合劑的優(yōu)點(diǎn)。然而，電磁超聲波的聲-電轉(zhuǎn)換效率較低，致使發(fā)射和接收的超聲波信號(hào)均較弱，在要求檢測(cè)靈敏度較高場合或在進(jìn)行長距離導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)，探傷的信噪比較低。

發(fā)明內(nèi)容
在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)，通過描述，其會(huì)變得更加清楚，或者通過實(shí)施本發(fā)明可以了解。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種電磁超聲信號(hào)疊加方法，所述方法包括按預(yù)定的時(shí)間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個(gè)發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個(gè)超聲波信號(hào)；多個(gè)接收線圈接收所述多個(gè)超聲波的回波信號(hào)；對(duì)與接收到的多個(gè)回波信號(hào)相應(yīng)的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行移相，以使所述多個(gè)電壓信號(hào)相位相同；將進(jìn)行相移處理的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行疊加。另外，所述脈沖電壓串是方波信號(hào)串。另外，通過所述脈沖電壓串來控制發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)，來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。另外，所述多個(gè)脈沖電壓串是通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號(hào)而產(chǎn)生的。另外，對(duì)多個(gè)接收線圈接收的多個(gè)超聲波的回波信號(hào)進(jìn)行前置放大后進(jìn)行相移處理。根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)發(fā)射線圈按時(shí)間間隔接收脈沖電流來產(chǎn)生超聲波(，并通過多個(gè)接收線圈接收具有相位差的超聲波的回波信號(hào)并進(jìn)行移相處理，消除相位差后再進(jìn)行疊加，從而增加了信號(hào)幅度，因此達(dá)到了提高信噪比的目的。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚和更易于理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷裝置的發(fā)射部的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷裝置的接收部的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷方法的流程圖；圖4和圖5是分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射線圈接收的脈沖串和接收線圈接收的超聲波的回波的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中。下面通過參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置包括發(fā)射部和接收部，發(fā)射部用于產(chǎn)生超聲波，而接收部用于接收超聲波的回波并根據(jù)回波判斷檢測(cè)材料的缺陷位置和/或厚度。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的發(fā)射部的框圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的發(fā)射部包括發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10、第1驅(qū)動(dòng)電路20-1至第N驅(qū)動(dòng)電路20-N和第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可產(chǎn)生多路發(fā)射脈沖并控制它們的輸出時(shí)序。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可接收連續(xù)的脈沖電壓信號(hào)(例如，方波信號(hào))并控制將脈沖電壓信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)電路(或發(fā)射線圈)的時(shí)序。例如，發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10在第一時(shí)間段期間將脈沖電壓信號(hào)僅提供給第1驅(qū)動(dòng)電路20-1，在第二時(shí)間段期間將脈沖電壓信號(hào)僅提供給第2驅(qū)動(dòng)電路20-2，...，在第 N時(shí)間段期間將脈沖電壓信號(hào)僅提供給第N驅(qū)動(dòng)電路20-N。在此，第一時(shí)間段、第二時(shí)間
段......第N時(shí)間段的長度相同。這樣，每個(gè)接收線圈接收到的將是脈沖電壓串，而不會(huì)是
連續(xù)的脈沖電壓信號(hào)。并且，第一時(shí)間段與第二時(shí)間段之間的時(shí)間差與第二時(shí)間段與第三時(shí)間之間的時(shí)間差相同，第二時(shí)間段與第三時(shí)間段之間的時(shí)間差與第三時(shí)間段與第四時(shí)間段之間的時(shí)間差相同，依次類推。如上所述，發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號(hào)來產(chǎn)生脈沖電壓串。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可將產(chǎn)生的脈沖電壓串按預(yù)定的時(shí)間間隔順序地提供給第1驅(qū)動(dòng)電路20-1至第N驅(qū)動(dòng)電路20-N。第1驅(qū)動(dòng)電路20-1至第N驅(qū)動(dòng)電路20-N根據(jù)接收的脈沖電壓串，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管(未示出)來將發(fā)射線圈連接至電流源(未示出)，從而發(fā)射線圈接收脈沖電流。由于驅(qū)動(dòng)電路接收到的脈沖電壓串之間相差預(yù)定時(shí)間差并且每個(gè)脈沖電壓串的長度相同，因此，發(fā)射線圈接收到的脈沖電流也具有預(yù)定時(shí)間差。在此，可直接將從發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10輸出的脈沖電壓串提供給發(fā)射線圈，以用于產(chǎn)生超聲波。第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N根據(jù)接收的脈沖電流(脈沖電壓串)在被測(cè)對(duì)象(未示出)中產(chǎn)生超聲波信號(hào)。此時(shí)，由于第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所接受的脈沖電流(或脈沖電壓)的頻率相同，因此，產(chǎn)生的超聲波的頻率也相同。此外，由于第1發(fā)射線圈30-1至第 N發(fā)射線圈30-N所接收的脈沖電流(或脈沖電壓)具有預(yù)定時(shí)間差，因此，其產(chǎn)生的超聲波具有預(yù)定的相位差。即，通過第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所產(chǎn)生的超聲波具有相同的頻率，并具有預(yù)定的相位差。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的接收部的框圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的接收部包括第1接收線圈40-1至第N 接收線圈40-N、第1前放電路50-1至第N前放電路50-N和移相疊加電路。第1接收線圈40-1至第N接收線圈40-N接收超聲波的回波信號(hào)。在此，第i接收線圈40-i接收第i發(fā)射線圈30-i發(fā)射的超聲波的回波信號(hào)，其中，i = 1,2,....,N0由于第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的頻率相同并具有預(yù)定的相位差，因此，第1接收線圈40-1至第N接收線圈40-N接收的超聲波的回波信號(hào)的頻率相同并具有預(yù)定的相位差。在此，接收線圈接收的超聲波回波信號(hào)之間的相位差與發(fā)射線圈產(chǎn)生的超聲波之間的相位差相同。因此，在接收線圈產(chǎn)生的電壓信號(hào)的頻率相同并具有相同的相位差。第1前放電路50-1至第N前放電路50-N將與接收線圈接收到的超聲波的回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收線圈兩端的電壓進(jìn)行放大。移相疊加電路60從第1前放電路50-1至第N前放電路50_N接收放大的電壓信號(hào)。由于放大的電壓信號(hào)之間具有預(yù)定的相位差，因此，移相疊加電路60將接收的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行移相，使得多個(gè)電壓信號(hào)同相并疊加同相的電壓信號(hào)，從而增加信號(hào)幅度。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷方法的流程圖。在步驟301，按預(yù)定時(shí)間間隔將具有時(shí)間差的脈沖電壓串順序地提供給多個(gè)發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個(gè)超聲波。在此，可通過脈沖電壓串控制多個(gè)發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。在步驟302，多個(gè)接收線圈接收多個(gè)發(fā)射線圈產(chǎn)生的超聲波的回波信號(hào)。在步驟303，對(duì)與多個(gè)超聲波的回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行放大；在步驟304，對(duì)多個(gè)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行移相處理，在消除相位差之后進(jìn)行信號(hào)疊加，從而增加信號(hào)的幅度。根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)發(fā)射線圈按時(shí)間間隔接收脈沖電流來產(chǎn)生超聲波(如圖4所示)，并通過多個(gè)接收線圈接收具有相位差的超聲波的回波信號(hào)并進(jìn)行移相處理，消除相位差后再進(jìn)行疊加(如圖5所示)，從而增加了信號(hào)幅度，因此達(dá)到了提高信噪比的目的。雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種電磁超聲信號(hào)疊加方法，其特征在于，包括按預(yù)定的時(shí)間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個(gè)發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個(gè)超聲波信號(hào)；多個(gè)接收線圈接收所述多個(gè)超聲波的回波信號(hào)；對(duì)與接收到的多個(gè)回波信號(hào)相應(yīng)的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行移相，以使所述多個(gè)電壓信號(hào)相位相同；將進(jìn)行移相處理的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行疊加。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脈沖電壓串是方波信號(hào)串。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過所述脈沖電壓串來控制發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)，來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個(gè)脈沖電壓串是通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號(hào)而產(chǎn)生的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)多個(gè)接收線圈接收的多個(gè)超聲波的回波信號(hào)進(jìn)行前置放大后進(jìn)行相移處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁超聲信號(hào)疊加方法。所述電磁超聲探傷方法包括按預(yù)定的時(shí)間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個(gè)發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個(gè)超聲波信號(hào)；多個(gè)接收線圈接收所述多個(gè)超聲波的回波信號(hào)；對(duì)與接收到的多個(gè)回波信號(hào)相應(yīng)的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行移相，以使所述多個(gè)電壓信號(hào)相位相同；將進(jìn)行相移處理的多個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行疊加。根據(jù)本發(fā)明提供的電磁超聲探傷方法，將通過多個(gè)接收線圈接收的具有預(yù)定相位差的超聲波的回波信號(hào)進(jìn)行移相并疊加，增加了信號(hào)幅度，從而改善了信噪比。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102175767SQ20101062316
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉濤, 姚君, 張建衛(wèi), 杜建生, 童凱, 范弘, 賈慧明 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院