一種應(yīng)用于脈沖渦流無損檢測的多諧相位分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于脈沖渦流無損檢測多諧相位的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無損檢測技術(shù)是在工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域確保組件可靠性的重要工具，此技術(shù)被應(yīng)用在廣泛的領(lǐng)域之中，常見于航空航天、汽車、鐵路、發(fā)電和石化等行業(yè)中應(yīng)用無損檢測技術(shù)檢驗(yàn)金屬零件。在現(xiàn)有的檢測方法中，對于飛機(jī)或者核電站正在使用的重要金屬零件的檢測，最常用的檢測方法是超聲波檢測和電磁渦流檢測。電渦流檢測方法是基于電磁感應(yīng)原理，在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，使用一個(gè)帶有線圈的探頭置于被測構(gòu)件表面，該線圈內(nèi)通入正弦激勵(lì)信號，并產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場，從而感應(yīng)出被測構(gòu)件表面的渦流。渦流和存在的缺陷之間相互的作用使磁場發(fā)生改變，因此，通過測量線圈阻抗的變化可以檢測出表面缺陷。線圈上電流的頻率是一個(gè)重要的參數(shù)，因?yàn)槲矬w表面的電流密度取決于與頻率的比率以指數(shù)方式減少，當(dāng)?shù)皖l電流達(dá)到更大的深度時(shí)，高頻率的電流產(chǎn)生的感應(yīng)電流聚集在表面，此現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)，它使電渦流的密度分布和深度有關(guān)。使用多個(gè)頻率進(jìn)行測試時(shí)，增加了對構(gòu)件表面缺陷特性信息的獲取量。
[0003]然而，在渦流檢測方法中，由于被檢測構(gòu)件受自身或外部客觀因素的影響，如因機(jī)械傳動(dòng)引起的都懂或溫度變化等，材料密度不連續(xù)等都會(huì)對渦流信號產(chǎn)生影響，使得連續(xù)渦流信號的檢測出現(xiàn)干擾，尤其是提離高度的誤差無法避免，導(dǎo)致檢測出現(xiàn)錯(cuò)誤，采用現(xiàn)有的分析方法有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種新的分析方法克服由于電磁渦流檢測中由于提離高度而引起的干擾信號引起的誤差，本方法可以將信號信號的幅值和相位用解析出的實(shí)部和虛部表示出，與提離高度無關(guān)，避免了缺陷誤判。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種應(yīng)用于脈沖渦流無損檢測多諧相位的分析方法，包括以下步驟:
步驟一:取頻率分別為IMHz正弦信號(14)、1ΜΗζ余弦信號(15)、2MHz正弦信號(16)、2MHz余弦信號(17) ,4MHz正弦信號(18)、4MHz余弦信號(19)、8MHz正弦信號(20)、8MHz余弦信號(21)、16MHz正弦信號(22)、16MHz余弦信號(23)、32MHz正弦信號(24)、32MHz余弦信號(25) ,64MHz正弦信號(26)、64MHz余弦信號(27)、128MHz正弦信號(28)、128MHz余弦信號(29)作為參考信號，使用現(xiàn)場可編程門陣列(10)內(nèi)部乘法器(30)將采集到的測量信號與所述參考信號分別相乘；
步驟二:將信號進(jìn)行CIC濾波(34)處理，具體為先將信號進(jìn)行采樣頻率為125M采樣率/秒的積分運(yùn)算(31)，再將信號進(jìn)行抽取處理(32)，最后將經(jīng)抽取處理后的信號通入梳狀濾波器(33)，進(jìn)行微分延遲處理，濾除無用雜波，降低采樣率至1.25M采樣率/秒； 步驟三:將信號通入IIR無限沖擊響應(yīng)濾波器(35)進(jìn)行濾波，可分別得出采集到的測量信號的實(shí)部分量(36)與虛部分量(37)。
[0006]本發(fā)明可測缺陷深度，具有高精確度和實(shí)時(shí)性，由于通過相角和幅值反映缺陷，可避免由提離高度引起的缺陷誤判。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明用于電磁渦流檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明多諧相位的分析方法具體步驟。
圖3是CIC濾波器結(jié)構(gòu)示意圖圖4是無限沖擊響應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面將結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0009]參見圖1所示的電磁渦流檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括有計(jì)算機(jī)(I)、現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)、模-數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(8)、巨磁阻傳感器(5)、空心圓柱激勵(lì)線圈探頭(4)、被檢碳纖維構(gòu)件(3)、X-Y軸平臺(2)，巨磁阻傳感器(15)設(shè)置在空心圓柱激勵(lì)線圈探頭(4)內(nèi)部。
[0010]參見圖2所示的多諧相位的分析方法具體步驟，首先在被檢碳纖構(gòu)件上取任意選取一檢測點(diǎn)，對所述檢測點(diǎn)實(shí)施脈沖渦流檢測，取頻率分別為IMHz正弦信號(14)、1ΜΗζ余弦信號(15) ,2MHz正弦信號(16) ,2MHz余弦信號(17)、4MHz正弦信號(18)、4MHz余弦信號
(19),8MHz正弦信號(20) ,8MHz余弦信號(21)、16MHz正弦信號(22)、16MHz余弦信號(23)、32MHz正弦信號(24) ,32MHz余弦信號(25)、64MHz正弦信號(26)、64MHz余弦信號(27)、128MHz正弦信號(28)、128MHz余弦信號(29)作為參考信號，使用現(xiàn)場可編程門陣列(10)內(nèi)部乘法器(30)將采集到的測量信號與所述參考信號分別相乘；然后將信號進(jìn)行CIC濾波(34)處理，具體為先將信號進(jìn)行采樣頻率為125M采樣率/秒的積分運(yùn)算(31)，再將信號進(jìn)行抽取處理(32)，最后將經(jīng)抽取處理后的信號通入梳狀濾波器(33)，進(jìn)行微分延遲處理，濾除無用雜波，降低采樣率至1.25M采樣率/秒；最后將信號通入IIR無限沖擊響應(yīng)濾波器(35)進(jìn)行濾波，可分別得出采集到的測量信號的實(shí)部分量(36)與虛部分量(37)。
[0011 ] CIC濾波器是通過選擇積分器數(shù)目、抽樣器的抽樣頻率、梳狀帶頻率和延遲數(shù)目來進(jìn)行配置的，當(dāng)抽樣頻率R選取100采樣率/秒時(shí)，可以減少125M采樣率/秒到1.25M采樣率/秒的樣本數(shù)量，積分器數(shù)目N為4、延遲數(shù)目M為2時(shí)，625kHz以上的頻率有至少50dB的衰減。
[0012]選擇兩個(gè)級聯(lián)的二階濾波器組成的四次低通無限沖擊響應(yīng)濾波器(35)進(jìn)行濾波，每組二階濾波器的實(shí)現(xiàn)方法如圖4所示，其中B0，BI，B2為零點(diǎn)系數(shù)，Al，A2為極點(diǎn)系數(shù)。使用增益環(huán)節(jié)R是為了降低輸出定點(diǎn)數(shù)據(jù)的位寬，在保證足夠精度的情況下，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于脈沖渦流無損檢測多諧相位分析方法，所述的脈沖渦流無損檢測是在現(xiàn)有的脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)中完成的； 所述脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)包括有計(jì)算機(jī)(I)、現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)、模-數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(8)、巨磁阻傳感器(5)、空心圓柱激勵(lì)線圈探頭(4)、被檢碳纖維構(gòu)件(3)、X-Y軸平臺(2)； 所述巨磁阻傳感器(15)設(shè)置在空心圓柱激勵(lì)線圈探頭(4)內(nèi)部； 在脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)(I)給X-Y軸平臺(2)發(fā)送控制信號；現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)產(chǎn)生IMHz的脈沖激勵(lì)信號經(jīng)過V-1轉(zhuǎn)換(7)給空心圓柱激勵(lì)線圈探頭(4)提供脈沖激勵(lì)電流(9);在所述脈沖激勵(lì)下，被檢碳纖維構(gòu)件(3)中感應(yīng)出脈沖渦流場；由于巨磁阻傳感器(5)與磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，因此輸出差分電壓信號(13);所述差分放大信號經(jīng)差分放大(6)處理、模-數(shù)轉(zhuǎn)換(8)進(jìn)入現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)進(jìn)行處理；所述處理后輸出的數(shù)字脈沖渦流檢測信號經(jīng)TCP/IP協(xié)議(11)輸入計(jì)算機(jī)(I);計(jì)算機(jī)(I)對所述接收到的信號進(jìn)行處理后得出被檢碳纖構(gòu)件(3)是否存在缺陷； 其特征在于由現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多諧相位處理的分析方法包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:取頻率分別為IMHz正弦信號(14)、1ΜΗζ余弦信號(15)、2ΜΗζ正弦信號(16)、2MHz余弦信號(17) ,4MHz正弦信號(18)、4MHz余弦信號(19)、8MHz正弦信號(20)、8MHz余弦信號(21)、16MHz正弦信號(22)、16MHz余弦信號(23)、32MHz正弦信號(24)、32MHz余弦信號(25) ,64MHz正弦信號(26)、64MHz余弦信號(27)、128MHz正弦信號(28)、128MHz余弦信號(29)作為參考信號，使用現(xiàn)場可編程門陣列(10)內(nèi)部乘法器(30)將采集到的測量信號與所述參考信號分別相乘； 步驟二:將經(jīng)步驟I輸出的信號進(jìn)行CIC濾波(34)處理，具體為先將信號進(jìn)行采樣頻率為125M采樣率/秒的積分運(yùn)算(31)，再將信號進(jìn)行抽取處理(32)，最后將經(jīng)抽取處理后的信號通入梳狀濾波器(33)，進(jìn)行微分延遲處理，降低采樣率至1.25M采樣率/秒； 步驟三:將經(jīng)步驟2輸出的信號通入IIR無限沖擊響應(yīng)濾波器(35)進(jìn)行濾波，可分別得出采集到的測量信號的實(shí)部分量(36)與虛部分量(37)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由現(xiàn)場可編程門陣列芯片(10)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多諧相位處理的多諧相位的分析方法，其特征在于步驟一中所用的參考信號是由DDS直接數(shù)字式頻率合成器合成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于脈沖渦流無損檢測的多諧相位分析方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：步驟一：在被檢碳纖構(gòu)件上取任意選取一檢測點(diǎn)，對所述檢測點(diǎn)實(shí)施脈沖渦流檢測，脈沖激勵(lì)電流頻率為1MHz，將采集的信號分別與頻率為1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、16MHz、32MHz、64MHz、128MHz的正弦、余弦參考信號相乘；步驟二：將步驟一輸出的信號進(jìn)行CIC濾波，即將信號依次進(jìn)行積分、抽樣、梳狀濾波的處理；步驟三：將步驟二輸出的信號通入IIR無限沖擊響應(yīng)濾波器，即可得到被檢測信號對應(yīng)不同頻率參考信號的實(shí)部分量和虛部分量，由此得出被測信號的相角和幅值；本發(fā)明可測缺陷深度，具有高精確度和實(shí)時(shí)性，由于通過相角和幅值反映缺陷，可避免由提離高度引起的缺陷誤判。
【IPC分類】G01N27-90
【公開號】CN104849344
【申請?zhí)枴緾N201510119401
【發(fā)明人】張牧, 劉珊, 張榮華, 李紅利
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月17日