CN101126743A - 一种磁致伸缩导波无损检测方法 - Google Patents

一种磁致伸缩导波无损检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无损检测技术领域，具体为一种磁致伸缩导波无损检测方法。本发明通过确定的数据长度和数据起始点，分别在无缺陷标样信号和实际检测信号中提取一组信号作为基准信号和检测信号。方法一将检测信号与基准信号进行差分得到一组信号，通过判断信号是否畸变确定缺陷，根据缺陷处信号的峰峰值与构件截面积损失的线性关系，利用信号的峰峰值确定被测构件截面积的损失量。方法二将检测信号的平方与基准信号的平方进行差分得到一组信号，通过判断信号是否畸变确定缺陷。由于采用上述的信号处理方法，将信号中原来不可分辨的小缺陷信号处理成可轻易分辨出缺陷的信号，从而实现了原本无法检测的小缺陷检测，提高了检测的精度。

Description

一种磁致伸缩导波无损检测方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种磁致伸缩导波无损检测方法。
背景技术
超声导波技术具有单点激励，可以检测一段距离的优点，近年来在工业界得到广泛应用，如申请号为200310123047.9的发明专利申请公开了一种使用导波的非破坏性检查装置和非破坏性检查方法(公开日为2005年2月2号)；申请号为200610072881.3的发明专利申请公开了一种对带粘弹性包覆层充液管道导波检测方法(公开日为2006年9月6号)；申请号为200610144294.0的发明专利申请公开了一种管道缺陷的超声导波时间反转检测装置和方法(公开日为2007年6月13号)。上述技术主要围绕压电超声导波进行的，主要集中在如何得到模式较单一的导波。由于磁致伸缩导波较难获得单纯模态的导波，导致检测精度较低，因此基于压电导波的信号处理方法很难应用于磁致伸缩导波信号处理。磁致伸缩导波检测技术不仅具有导波技术的单点激励可以实现检测一定距离的优点，同时磁致伸缩导波检测技术的具有非接触特点。申请号为96193606.1的发明专利申请公开了一种利用磁致伸缩传感器的管道和管子无损检验方法(公开日为2003年6月18号)，其中对磁致伸缩传感器的激励单元(发射器)和接收单元(接收器)进行了介绍，激励单元和接收单元均由线圈和直流磁铁组成。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁致伸缩导波无损检测方法，该方法可以提高检测精度。
本发明提供的磁致伸缩导波无损检测方法，其步骤包括：
(1)将磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在无缺陷标样构件上，采集接收单元的感应电信号，采集持续时间为T0，获取一组无缺陷标样的测量信号X0，其中T0的取值由构件长度和检测范围决定；
(2)取测量信号X0中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为基准信号X1，其中，截取时间长度T1＝2D/V，V为导波在构件中的传播速度，D为接收单元与无缺陷标样构件端部的距离；
(3)将上述磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上，并使接收单元与被测构件端部的距离为D，再发送激励信号至激励单元中，采集接收单元的感应电信号，采集时间为T0，获取一组被测构件的测量信号X2；
(4)在测量信号X2中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为一组检测信号X3；
(5)采用下述方式之一对检测信号X3进行处理：
a.将信号X3和X1对应相减得到信号X4，如果信号X4中存在畸变，则构件上该数据点对应的位置存在缺陷；
b.将信号X3和X1中的值分别平方后再对应相减得到信号X5，如果信号X5中存在畸变，则构件上该数据点对应的位置存在缺陷。
本发明的原理是当磁致伸缩导波在构件中以群速度进行传播，由于缺陷及其他非规则结构的存在，弹性波存在反射、折射和透射等变化，从而引起相应位置信号波形和传播能量的变化。本发明提出的方法就是通过确定的数据长度和数据起始点，在实际检测信号中提取一组信号与一组无缺陷标准信号进行差分，通过对差分后的信号进行分析，根据波形形状变化和能量变化，从而实现构件中缺陷的检测。由于采用上述的信号处理方法，将信号中原来不可分辨的小缺陷信号处理成可轻易分辨出缺陷的信号，从而实现了原本无法检测的小缺陷检测，提高了检测的精度。
附图说明
图1为信号处理流程图；
图2为无缺陷标样钢棒的原始信号；
图3为无缺陷原始信号截取后的信号；
图4为实测钢棒的原始信号；
图5为实测钢棒原始信号截取后的信号；
图6为实测信号和标样信号截取后直接相减后的信号；
图7为缺陷处信号峰峰值与截面积损失之间的关系曲线；
图8为实测信号和标样信号截取后平方再相减的信号。
具体实施方式
下面结合附图及实例详细对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
(1)将磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在无缺陷标样构件上，采集接收单元的感应电信号，采集持续时间为T0，获取一组无缺陷标样的测量信号X0，其中T0的取值由构件长度和检测范围决定，如根据检测需要，T0取值范围可以在2ms～200ms之间。
(2)取测量信号X0中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为基准信号X1，其中，截取时间长度T1＝2D/V，V为导波在构件中的传播速度，D为接收单元与无缺陷标样构件端部的距离。
(3)将上述磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上，并使接收单元与被测构件端部的距离为D，再发送激励信号至激励单元中，采集接收单元的感应电信号，采集时间为T0，获取一组被测构件的测量信号X2；
(4)在测量信号X2中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为一组检测信号X3；
(5)对上述两组数据采用如下方法进行判断
a.将信号X3和X1对应相减得到信号X4，如果信号X4中存在畸变，则构件上对应位置存在缺陷。通常根据信号幅值的变化判断信号是否存在畸变，如信号峰峰值大于噪声峰峰值的1.5倍则认为信号存在畸变；根据缺陷处信号的峰峰值与构件截面积损失的线性关系，利用信号的峰峰值确定被测构件截面积的损失量。
b.将信号X3和X1中的值平方后再对应相减得到信号X5，如果信号X5中存在畸变，则构件上对应位置存在缺陷。
以下结合本发明的内容提供一个实施例。
标样构件和待测构件均为长4300mm、直径为18mm的钢棒，激励单元与构件端部相距2300mm，接收单元与检测端部相距1300mm，导波波速5200米/秒。激励单元为宽6mm，内径22mm，匝数20匝，用线径为0.5mm的漆包铜线绕制而成的线圈；接收单元为宽3mm，内径22mm，匝数60匝，用线径为0.1mm的漆包铜线绕制而成的线圈。首先利用公式T1＝2D/V得到截取数据的时间长度为0.5ms。利用磁致伸缩导波激励单元和接收单元，在无缺陷的标样钢棒获得的检测信号如图2所示，其中包括电磁脉冲信号M1、第一次通过接收传感器的信号S1。取导波第一次通过接收单元感应信号S1极大值作为数据的起始点，数据时间长度为0.5ms，得到该构件的基准信号如图3所示。再次将磁致伸缩导波激励单元和接收单元安装在待测构件上，得到的检测信号如图4所示，其中包括电磁脉冲信号M2、第一次通过接收传感器的信号S2。取导波第一次通过接收单元感应信号S2的极大值作为数据的起始点，数据时间长度为0.5ms，得到该构件的实际检测信号如图5所示，从图5中无法识别缺陷信号。方法一将图3和图5的两组信号相减，得到如图6所示的处理信号。图6中噪声信号的峰峰值为0.2mV，而信号S3的峰峰值为0.8mV超过噪声信号的峰峰值的1.5倍0.3mV，所以确认信号S3为畸变信号，检测构件与波形对应处存在缺陷。缺陷处信号的峰峰值与缺陷截面积损失的曲线如图7所示。截面积损失从3％至33％信号峰峰值与截面积损失成近似线性关系，根据该关系可实现缺陷的量化。方法二将图3和图5的两组信号平方后相减，得到如图8所示的处理信号。图8中噪声信号的峰峰值为0.08×10-3V·V，而信号S4的峰峰值为0.4×10-3V·V超过噪声信号的峰峰值的1.5倍0.12×10-3V·V，所以确认信号S4为畸变信号，检测构件与波形对应处存在缺陷。

Claims (2)

1.一种磁致伸缩导波无损检测方法，其步骤包括：
(1)将磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在无缺陷标样构件上，采集接收单元的感应电信号，采集持续时间为T0，获取一组无缺陷标样的测量信号X0，其中T0的取值由构件长度和检测范围决定；
(2)取测量信号X0中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为基准信号X1，其中，截取时间长度T1＝2D/V，V为导波在构件中的传播速度，D为接收单元与无缺陷标样构件端部的距离；
(3)将上述磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上，并使接收单元与被测构件端部的距离为D，再发送激励信号至激励单元中，采集接收单元的感应电信号，采集时间为T0，获取一组被测构件的测量信号X2；
(4)在测量信号X2中导波第一次通过接收单元感应信号的极大值或极小值作为数据的起始点，截取时间长度为T1的数据作为一组检测信号X3；
(5)采用下述方式之一对检测信号X3进行处理：
a.将信号X3和X1对应相减得到信号X4，如果信号X4中存在畸变，则构件上该数据点对应的位置存在缺陷；
b.将信号X3和X1中的值分别平方后再对应相减得到信号X5，如果信号X5中存在畸变，则构件上该数据点对应的位置存在缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中方式(a)中，利用信号的峰峰值确定被测构件截面积的损失大小。
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