CN103399083A - 一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，包括：建立提离校准信号数据库，建立校准信号与参考信号差分值的二阶微分零时刻值数据库，通过匹配二阶微分零时刻值来确定提离的近似高度及提离校准信号，并用来校正信号。本发明的典型之处表现在使用了新的特征判断提离的距离，差分信号二阶微分零时刻值构成了对于提离距离的较好的指示，不仅提离距离判断较为精确，而且由于仅需处理零时刻附近的值，因此计算快速，有利于在实时检测中加以应用。

Description

一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，用于检测导电材料结构中存在的诸如腐蚀、裂纹等缺陷，尤其涉及一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法。

背景技术

涡流检测在检测导电结构中具有相当大的优势，并且具有非常普遍的应用。它是非破坏性的，并且可以检测肉眼看不见的裂纹。通常用单个频率实现非破坏性检测，有时可以使用两个频率或多个频率，以便提高检测能力和检测可靠性。涡流可以穿透材料的多个层，以发现会威胁材料或结构的隐藏损伤。然而，传统的涡流技术受到频率单一的限制，使其检测效率和灵敏度都受到一定的影响。脉冲涡流检测使用方波脉冲激励，脉冲信号具有丰富的频率信息，因此其提供了关于缺陷深度、大小等更多信息和后续的数据处理的潜力。

然而在检测过程中脉冲涡流瞬态感应信号极易受外界因素的干扰，这些干扰主要来源于测量噪声、探头的提离以及试件表面沉积物和支撑架等非缺陷因素，其中探头提离效应是脉冲涡流检测中面临的常见问题。涂层厚度的变化、铆钉的影响以及操作者在使用中施加至探头的压力的变化，均可以使提离距离发生变化，从而掩盖缺陷信号，对检测结果造成严重干扰。

CN101413923A公开了一种脉冲涡流检测提离效应抑制方法。该抑制方法采用了测试信号和参考信号的差分的一阶微分的峰值作为判断提离距离的特征量。发现该特征量在缺陷较大等情况时，提离距离判断误差增大，抑制提离的效果变差，且实时性不够强。

提离距离的判断对于提离效应抑制的成功具有重要意义，抑制的效率则对检测的实时性具有重要意义。本发明的突出特点在于采用了新的特征量作为判断提离距离的依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，抑制脉冲涡流检测系统中的探头和试件之间由于不确定的间隙所造成的对检测结果的干扰，即提离效应的干扰，提高检测能力和检测可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，包括：建立提离校准信号数据库，建立校准信号与参考信号差分值的二阶微分零时刻值数据库，通过匹配二阶微分零时刻值来确定提离的近似高度及提离校准信号，并用来校正信号，具体步骤如下：

1）将探头放置在被检试块表面的无缺陷无提离处，

2）采集脉冲涡流信号并保存为参考信号，

3）增加提离高度，

4）采集探头信号并保存为提离校准信号，

5）计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分并存储零时刻的值，

6）是否继续采集提离校准号，如果是，则返回到步骤3，如果否，则进入下一步骤，

7）建立提离校准信号数据库及其与参考信号差分后的二阶微分零时刻值数据库，

8）将探头放置在被检件表面待检区域，

9）采集得到测试信号，

10）计算测试信号与参考信号差分后的二阶微分并获得零时刻值，

11）提离是否存在，如果“否”，则信号显示，

12）如果“是”，则确定提离高度并从提离校准信号数据库选择提离校准信号，

13）计算校正比，接着用测试信号与从提离校准信号数据库中选择得到的提离校准信号相减得出差分值，然后再乘以校正比，最后即得出了抑制提离后的信号。

所述计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分，是在探头中采用磁场传感器时完成。

所述提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分，在其计算的过程中，仅计算零时刻附近的值。

所述提离是否存在，是对测试信号二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中的二阶微分零时刻值进行判断比较，如果找到的最接近的零时刻值与数据库中的无提离的值最接近，则判断无提离。

所述确定提离高度，是通过比较测试信号二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中的二阶微分零时刻值，首先找到测试信号二阶微分零时刻值在二阶微分零时刻值数据库中的最接近的二阶微分零时刻值，然后再找到二阶微分零时刻值数据库中与该值对应的提离高度。

所述选择提离校准信号，是从提离校准信号数据库中应用对应的提离高度寻找得到对应的提离校准信号。

所述计算校正比是通过将当前测试值的二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中找到的最接近的二阶微分零时刻值相除得出。

本发明的典型之处表现在使用了新的特征判断提离的距离，零时刻的二阶微分值构成了对于提离高度的较好的指示，不仅提离距离判断较为精确，而且由于仅需处理零时刻附近的值，因此计算快速，有利于在实时检测中加以应用。

附图说明

图1为本发明对于脉冲涡流检测中提离效应的说明的一个示意图。

图2为本发明提离抑制方法实施的流程图。（包括提离校准数据库的建立和检测过程中提离抑制的计算流程）。

图3为脉冲涡流检测差分信号受提离高度影响的曲线图。

图4为本发明对图3信号进行二阶微分所得曲线图。

图5a为本发明对直径10mm腐蚀深度0.4mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。

图5b为本发明对直径10mm腐蚀深度0.8mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。

图5c为本发明对直径20mm腐蚀深度0.4mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，图1为对脉冲涡流检测系统中提离效应的图示说明。在检测进行的过程中，探头1和试件2之间存在不确定提离高度h的间隙，从而对检测结果造成干扰，这就是提离效应。典型的脉冲涡流检测系统还包括激励信号3、信号采集模块4和信号处理与显示模块5用于完成检测功能。提离抑制方法中的检测操作部分在通过探头1、试件2、激励信号3、信号采集模块4进行，抑制方法的计算部分在信号处理与显示模块5中进行。

一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，即一种抑制探头1和待检试件2之间的距离扰动对检测信号造成干扰的方法，包括提离校准数据库建立的流程和抑制计算的方法（参见图2）：

提离校准数据库建立的流程如下：

将探头放置在被检试块表面的无缺陷无提离处201，采集脉冲涡流信号并作为参考信号202用于后续信号差分。将探头放置无缺陷处增加提离高度203，然后采集信号并保存为提离校准信号204。提离高度可以用已知准确厚度的不导电垫片放于探头与试块表面中间，探头使用的激励信号是方波脉冲信号。

计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分并存储零时刻的值205，用提离校准信号减去参考信号，对差分后的信号进行二阶微分运算，得到差分信号二阶微分零时刻值。在进行二阶微分运算之前，需要对参考信号、提离校准信号或差分信号进行平滑处理。例如：通过低通滤波器、曲线拟合等，以便消除可能由噪声引起的较大误差或错误值。系统判断是否继续采集提离校准号206，如果系统判断“是”，则根据被检试块可能存在的提离高度，按所需的实验次数重复增加提离高度203至计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分并存储零时刻的值205的步骤。为了获得较精确的抑制结果，不同提离高度之间的间隔应该较小，实验次数应该较多。如果系统判断“否”，即系统判断已采集到足够的提离校准信号后，建立提离校准信号数据库及其与参考信号差分后的二阶微分零时刻值数据库207。每个数据库的每个元素都是一个数据对，包含提离高度值整数索引号及对应的数据值二个数值。每个提离高度值索引号对应着一个提离高度值。

当建立了合适数量的提离校准信号和二阶微分零时刻值数据库后，在检测过程中就可以此为基础对信号的提离效应进行抑制。

抑制计算的方法具体如下：

将探头放于被检试件需要检测区域208，然后，采集得到测试信号209。

在实际的检测过程中，将探头置于如航空器、管道等表面时，其提离将随着探头的移动而改变，例如由于油漆、涂层、绝缘层等厚度的变化，以及操作者施加至探头的压力变化，这些都会使提离发生改变，这时候的提离高度是未知的。

通过计算测试信号与参考信号差分后的二阶微分，并获取零时刻的值210。系统判断提离是否存在211，通过当前信号的二阶微分零时刻值在二阶微分零时刻值数据库中找到最接近的值，如果找到的最接近的零时刻值与数据库中的无提离的值最接近，判断为“否”，则无提离，可进入信号显示214。

如果判断为“是”，则确定提离高度并选择提离校准信号212。确定提离高度是确定一个最近似高度，是通过比较测试信号二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中的二阶微分零时刻值。首先找到测试信号二阶微分零时刻值在二阶微分零时刻值数据库中的最接近的二阶微分零时刻值，然后再找到二阶微分零时刻值数据库中与该值对应的提离高度。找到测试信号的对应提离高度后，通过提离校准信号数据库找到对应的提离校准信号。

然后用当前测试值的二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中找到的最接近的二阶微分零时刻值计算相除得出一个校正比。接着用测试信号与从提离校准信号数据库中选择得到的提离校准信号相减得出差分值，然后再乘以校正比，最后即得出了抑制提离后的信号213。最后进行信号显示214。

实施例：本发明的流程的一个实施例可以描述如下：

(1)首先，将探头放置在试块的无缺陷无提离处，采集此时的信号作为参考信号ref，提离高度按照一定的比例逐渐增加，采集N个提离校准信号{lift_off(n);n=0,1,…,N-1}，建立提离校准信号数据库。

例如，提离高度：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mm，产生7个提离校准信号。n=0，1,2,3,4,5,6。

(2)采集完提离校准信号之后将其与参考信号做差分，得到差分信号{LoDiff(n); n=0,1,…,N-1},对其进行滤波，并对滤波后的信号进行二阶微分运算，找到零时刻的值，建立二阶微分零时刻值数据库{diff2zero_LoDiff(n); n=0,1,…,N-1}。

(3)然后对于测试区的未知缺陷及未知提离的某个测试信号test，执行下面操作：

a) 将其与参考信号ref做差分，然后对差分后的测试信号进行二阶微分运算，并求出零时刻的值diff2zero_testDiff。

b) 通过最近距离准则将当前的diff2zero_testDiff值与二阶微分零时刻值数据库的值进行比较，找到最接近的diff2zero_LoDiff(n)，获得其所在的高度值索引n，查找到相应的提离高度值。

c) 依据对应索引值n，在提离校准信号数据库中查找到正确的提离校准信号lift_off(n)。

(4)最后，利用diff2zero_LoDiff(n)和diff2zero_testDiff计算校正比,然后用lift_off(n)及test最终计算出抑制提离效应后的测试信号。

校正比ratio计算如下： 

ratio=diff2zero_testDiff/diff2zero_LoDiff(n)

然后将校正比ratio代入到提离抑制公式得出提离抑制后的信号test_comp：

test_comp=(test-lift_off(n))*ratio

图3显示了提离效应对脉冲涡流检测信号的影响。其中被检试块为四层，每层为1mm厚的铝板，其中缺陷放在第二层板。保持其他条件不变，仅改变探头的提离高度，分别采集无提离及提离0.2、0.4、0.6mm的四组脉冲信号，每组信号又分为无缺陷处、直径10mm深度0.4mm腐蚀、直径10mm深度0.8mm腐蚀三种情况。这样共有12组数据。图中所示曲线为测试信号与无缺陷无提离处的参考信号的差分信号。从图中可以看到差分信号的峰值高度随着提离的增加而加大。因此如果不抑制提离，则不可能准确检测和定量缺陷。

图4所示为对图3信号的二阶微分后的曲线图。可发现对于不同大小的缺陷，但是提离高度相同时，其在零时刻处值的大小非常接近。从图可以看出，二阶微分零时刻的值对于脉冲涡流检测信号中的提离高度构成良好的指示。提取该信号特征进行分析，判断出提离高度，并结合计算校正比参数，可实现对提离的抑制。

图5a、图5b和图5c显示了依据本发明对脉冲涡流检测信号进行提离效应抑制的效果。分别提离0.2、0.4、0.6mm，对第二层直径为10mm腐蚀深度为0.4mm、直径10mm腐蚀深度为0.8mm、直径20mm腐蚀深度为0.4mm的腐蚀缺陷进行提离效应抑制实验。图中给出了不同缺陷没有提离时的差分信号、有提离后的差分信号以及采用本发明方法进行提离抑制后的信号。图5a为本发明对直径10mm腐蚀深度0.4mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。图5b为本发明对直径10mm腐蚀深度0.8mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。图5c为本发明对直径20mm腐蚀深度0.4mm的腐蚀缺陷提离抑制前后对比结果图。

从图5a、图5b和图5c可以看出，经提离抑制后，不同深度和大小的缺陷的不同提离的信号进行提离抑制计算后，抑制之后的检测信号覆盖在无提离的缺陷信号附近，带提离的脉冲涡流检测信号得到了较好的还原，提离效应得到了有效的抑制。这样对于缺陷就可以进行良好的检测和定量。

上述实现过程中本发明所使用判断提离高度的特征量为差分信号的二阶微分值的零时刻值，此为传感器为磁性传感器时的典型使用。但在传感器为线圈传感器时可使用一阶微分值的零时刻值。因为线圈传感器本身对磁场做了硬件微分运算。

本发明所使用的零时刻值，是指零时刻附近值，典型为零时刻值。

本发明的非常大的优势之一在于，在求取二阶微分的零时刻值时，可以仅需处理计算零时刻附近的信号，计算量少，而且特征量计算简单，因此非常便于检测的实时实现。

Claims (7)

1.一种脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，包括：建立提离校准信号数据库，建立校准信号与参考信号差分值的二阶微分零时刻值数据库，通过匹配二阶微分零时刻值来确定提离的近似高度及提离校准信号，并用来校正信号，其特征在于，其步骤如下：

1）将探头放置在被检试块表面的无缺陷无提离处，

2）采集脉冲涡流信号并保存为参考信号，

3）增加提离高度，

4）采集探头信号并保存为提离校准信号，

5）计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分并存储零时刻的值，

6）是否继续采集提离校准号，如果是，则返回到步骤3，如果否，则进入下一步骤，

7）建立提离校准信号数据库及其与参考信号差分后的二阶微分零时刻值数据库，

8）将探头放置在被检件表面待检区域，

9）采集得到测试信号，

10）计算测试信号与参考信号差分后的二阶微分并获得零时刻值，

11）提离是否存在，如果“否”，则信号显示，

12）如果“是”，则确定提离高度并从提离校准信号数据库选择提离校准信号，

13）计算校正比，接着用测试信号与从提离校准信号数据库中选择得到的提离校准信号相减得出差分值，然后再乘以校正比，最后即得出了抑制提离后的信号。

2.根据权利要求1所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述计算提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分，是在探头中采用磁场传感器时完成。

3. 根据权利要求1或2所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述提离校准信号与参考信号差分后的二阶微分，在其计算的过程中，仅计算零时刻附近的值。

4.根据权利要求1所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述提离是否存在，是对测试信号二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中的二阶微分零时刻值进行判断比较，如果找到的最接近的零时刻值与数据库中的无提离的值最接近，则判断无提离。

5.根据权利要求1所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述确定提离高度，是通过比较测试信号二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中的二阶微分零时刻值，首先找到测试信号二阶微分零时刻值在二阶微分零时刻值数据库中的最接近的二阶微分零时刻值，然后再找到二阶微分零时刻值数据库中与该值对应的提离高度。

6.根据权利要求1所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述选择提离校准信号，是从提离校准信号数据库中应用对应的提离高度寻找得到对应的提离校准信号。

7.根据权利要求1所述的脉冲涡流检测提离效应的抑制方法，其特征在于，所述计算校正比是通过将当前测试值的二阶微分零时刻值与二阶微分零时刻值数据库中找到的最接近的二阶微分零时刻值相除得出。

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