CN106644186B - 巴克豪森阵列传感器及成像方法 - Google Patents

巴克豪森阵列传感器及成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种巴克豪森阵列传感器及成像方法。其中，该传感器包括：外壳；磁轭，设置在外壳上，用于导磁；编码器，设置在磁轭上，用于在传感器运动的过程中检测传感器的位置信息；巴克豪森接收器阵列，用于接收被检测材料的不同位置的巴克豪森信号，其中，巴克豪森接收器阵列包括多个巴克豪森接收器；激励线圈，设置在磁轭上，用于通过交流电进行局部磁化。本发明解决了现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题。

Description

巴克豪森阵列传感器及成像方法
技术领域
本发明涉及检测领域，具体而言，涉及一种巴克豪森阵列传感器及成像方法。
背景技术
目前，在大量工程现场中，应力无处不在，在应力检测中，较为成熟的方法是X射线衍射法、盲孔法。X射线衍射法测量准确，但射线辐射较大，且射线设备体积较庞大，适合实验室使用，对于现场使用较为不便，对于大型零件及运动中瞬态应力测量不便；盲孔法通过在被测物体表面钻取小孔，通过小孔附近区域的形变而计算得到物体内部应力，其对材料具破坏性且对大面积检测及应力成像较为困难；因此，迫切需要一种对关键部件应力分布及其成像的快速无损检测手段。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种巴克豪森阵列传感器及成像方法，以至少解决现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种传感器，包括：外壳；磁轭，设置在所述外壳上，用于导磁；编码器，设置在所述磁轭上，用于在所述传感器运动的过程中检测所述传感器的位置信息；巴克豪森接收器阵列，用于接收被检测材料的不同位置的巴克豪森信号，其中，所述巴克豪森接收器阵列包括多个巴克豪森接收器；激励线圈，设置在所述磁轭上，用于通过交流电进行局部磁化。
进一步地，所述磁轭与所述巴克豪森接收器阵列形成的表面为预设形状，其中，所述预设形状由待检测物体的表面形状决定。
进一步地，所述多个巴克豪森接收器排成一排或者方阵。
进一步地，所述传感器还包括：滚轮，设置在所述外壳上。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种检测系统，包括：函数发生器，与功率放大器、计算机均相连，用于产生激励信号；功率放大器，与所述函数发生器、所述传感器均相连，用于将所述函数发生器产生的激励信号进行放大，放大后的激励信号用于激励所述传感器工作；权利要求1至3任一项所述的传感器，与所述功率放大器、编码器配套电路、信号处理器均相连，用于接收多路巴克豪森信号；编码器配套电路，与所述传感器、所述计算机均相连；信号处理器，与所述传感器、所述计算机均相连，用于对所述多路巴克豪森信号进行放大和滤波；计算机，与所述信号处理器、所述编码器配套电路、所述函数发生器均相连，用于控制所述函数发生器产生激励信号，接收并分析所述信号处理器发送的处理过的多路巴克豪森信号，以及接收并解析所述编码器配套电路发送的信号。
进一步地，所述传感器的巴克豪森接收器阵列与所述信号处理器相连，所述传感器的编码器与所述编码器配套电路相连，所述传感器的激励线圈与所述功率放大器相连。
进一步地，所述信号处理器包括：多通道前置放大器，与多通道滤波器、所述巴克豪森接收器阵列均相连，用于对所述多路巴克豪森信号进行放大；多通道滤波器，与所述多通道前置放大器、所述计算机均相连，用于将放大后的巴克豪森信号进行滤波。
进一步地，所述信号处理器包括：多通道滤波器，与多通道前置放大器、所述巴克豪森接收器阵列均相连，用于对多路巴克豪森信号进行滤波；多通道前置放大器，与所述多通道滤波器、所述计算机均相连，用于对滤波后的多路巴克豪森信号进行放大。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种成像方法，包括：传感器在被检测材料表面运动的过程中，所述检测系统获取所述传感器在所述检测材料的表面所处的第一位置和在所述第一位置检测到的巴克豪森信号，其中，所述第一位置为所述被检测材料表面的任意一个位置；根据在所述第一位置检测到的巴克豪森信号计算所述被检测材料在所述第一位置的应力；根据所述被检测材料的整个表面的各个位置的应力绘制所述被检测材料的整个表面的应力分布图；展示所述应力分布图。
在本发明实施例中，共用同一个激励磁轭而采用阵列式巴克豪森信号接收器方式同时获取被检部件不同位置巴克豪森信号，在保证激励信号的一致性的同时提高了检测效率，通过编码器获取位置信息，阵列式传感器获取不同位置巴克豪森信号，通过对巴克豪森信号进行分析，得到待检测物体的应力分布，不会对待检测物体造成损伤，而且，阵列式传感器一次获取多个位置的巴克豪森信号，检测效率高，达到了对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术效果，进而解决了现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1-1是根据本发明实施例的一种传感器的示意图；
图1-2是根据本发明实施例的又一种传感器的示意图；
图1-3是根据本发明实施例的又一种传感器的示意图；
图1-4是根据本发明实施例的又一种传感器的示意图；
图1-5是根据本发明实施例的又一种传感器的示意图；
图1-6是根据本发明实施例的又一种传感器的示意图；
图2-1是根据本发明实施例的传感器检测平面表面的示意图；
图2-2是根据本发明实施例的传感器检测凸面表面的示意图；
图2-3是根据本发明实施例的传感器检测凹面表面的示意图；
图3是根据本发明实施例的传感器在待检测物体表面运动的示意图；
图4-1是根据本发明实施例的一种检测系统的示意图；
图4-2是根据本发明实施例的又一种检测系统的示意图；
图4-3是根据本发明实施例的又一种检测系统的示意图；
图5是根据本发明实施例的应力实时成像过程的示意图；
图6是根据本发明实施例的成像方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种传感器。图1-1、图1-2、图1-3是根据本发明实施例的传感器的示意图。
如图1-1、图1-2、图1-3所示，本发明实施例提供的传感器包括：巴克豪森接收器阵列2、编码器3、激励线圈4、磁轭5、外壳6。
磁轭5，设置在外壳6上，用于导磁。磁轭与被检部件接触部分不限于设计为面接触，还可为线接触或点接触。
编码器3，设置在磁轭5上，用于在传感器运动的过程中检测传感器的位置信息。
巴克豪森接收器阵列2，用于接收被检测材料的不同位置的巴克豪森信号，其中，巴克豪森接收器阵列2包括多个巴克豪森接收器。
激励线圈4，设置在磁轭5上，用于通过交流电进行局部磁化。
在本发明实施例中，共用同一个激励磁轭而采用阵列式巴克豪森信号接收器方式同时获取被检部件不同位置巴克豪森信号，在保证激励信号的一致性的同时提高了检测效率，通过编码器获取位置信息，阵列式传感器获取不同位置巴克豪森信号，通过对巴克豪森信号进行分析，得到待检测物体的应力分布，不会对待检测物体造成损伤，而且，阵列式传感器一次获取多个位置的巴克豪森信号，检测效率高，解决了现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题，达到了对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术效果。
可选地，如图1-4、图1-5、图1-6所示，传感器还包括：滚轮1。滚轮1，设置在外壳6上。滚轮1可以为万向轮，滚轮1可以设置在外壳6的内侧。
可选地，磁轭与巴克豪森接收器阵列形成的表面为预设形状，其中，预设形状由待检测物体的表面形状决定，例如，磁轭5与巴克豪森接收器阵列2形成的表面为以下形状之一：平面(如图1-1、图1-4所示)、凹面(如图1-2、图1-5所示)、凸面(如图1-3、图1-6所示)、波浪形平面等。
本发明实施例提供的传感器可以检测平面表面和曲面表面。
如图1-1和图1-4所示，磁轭5与巴克豪森接收器阵列2形成的表面为平面，该传感器能够检测平面表面。
如图1-2和图1-5所示，磁轭5与巴克豪森接收器阵列2形成的表面为凹面，该传感器能够检测凸面表面。传感器与管道外壁接触，传感器设计为凹圆弧状，能够检测管道外壁。
如图1-3和图1-6所示，磁轭5与巴克豪森接收器阵列2形成的表面为凸面，该传感器能够检测凹面表面。传感器与管道内壁接触，传感器设计为凸圆弧状，能够检测管道内壁。
对于其他结构表面，可根据部件表面调整传感器与被检部件接触部分结构，使传感器可适用于被检部件。
可选地，多个巴克豪森接收器排成一排或者方阵。
如图2-1、图2-2、图2-3所示，传感器8可沿被检部件7的XY平面任意移动，如图3所示，传感器沿Y方向运动，在编码器记录位置信息的同时内部巴克豪森接收阵列2可快速扫过表面，获得被检部件7的不同位置的巴克豪森信号。
根据本发明实施例，还提供了一种检测系统。如图4-1所示，该检测系统包括：函数发生器、功率放大器、上述传感器、编码器配套电路、信号处理器、计算机。
函数发生器，与功率放大器、计算机均相连，用于产生激励信号。
功率放大器，与函数发生器、传感器均相连，用于将函数发生器产生的激励信号进行放大，放大后的激励信号用于激励传感器工作。
传感器，与功率放大器、编码器配套电路、信号处理器均相连，用于接收多路巴克豪森信号。
编码器配套电路，与传感器、计算机均相连。
信号处理器，与传感器、计算机均相连，用于对多路巴克豪森信号进行放大和滤波。
计算机，与信号处理器、编码器配套电路、函数发生器均相连，用于控制函数发生器产生激励信号，接收并分析信号处理器发送的处理过的多路巴克豪森信号，以及接收并解析编码器配套电路发送的信号。
在本发明实施例中，共用同一个激励磁轭而采用阵列式巴克豪森信号接收器方式同时获取被检部件不同位置巴克豪森信号，在保证激励信号的一致性的同时提高了检测效率，通过编码器获取位置信息，阵列式传感器获取不同位置巴克豪森信号，通过对巴克豪森信号进行分析，得到待检测物体的应力分布，不会对待检测物体造成损伤，而且，阵列式传感器一次获取多个位置的巴克豪森信号，检测效率高，解决了现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题，达到了对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术效果。
由于传感器包含多路巴克豪森接收器，故需要多通道前置放大器和多通道滤波器。
检测时计算机控制函数发生器产生激励信号，激励信号经功率放大器放大后激励传感器工作。此时位于传感器内部不同位置的多路巴克豪森接收器接收到多路巴克豪森信号。信号处理器对多路巴克豪森信号对各路信号进行放大、滤波(放大、滤波的先后顺序不做限定)。最终各路信号传入计算机，计算机对各路信号进行实时计算各路信号特征值，包括均方根、平均值、峰值、宽峰比等；与此同时，计算机同时通过编码器获取传感器位置信息，当传感器沿被检部件表面运动时，整个系统实时获取传感器所在被检部件表面位置和巴克豪森信号，进而对整个被检部件表面巴克豪森信号，通过计算处理得到整个被检部件表面应力分布图像。
可选地，传感器的巴克豪森接收器阵列与信号处理器相连，传感器的编码器与编码器配套电路相连，传感器的激励线圈与功率放大器相连。
可选地，信号处理器包括：多通道前置放大器、多通道滤波器。
作为一种可选的实施例，如图4-2所示，信号处理器包括：多通道前置放大器、多通道滤波器，多通道前置放大器，与多通道滤波器、巴克豪森接收器阵列均相连，用于对多路巴克豪森信号进行放大。多通道滤波器，与多通道前置放大器、计算机均相连，用于将放大后的巴克豪森信号进行滤波。
作为另一种可选的实施例，如图4-3所示，信号处理器包括：多通道前置放大器、多通道滤波器，多通道滤波器，与多通道前置放大器、巴克豪森接收器阵列均相连，用于对多路巴克豪森信号进行滤波。多通道前置放大器，与多通道滤波器、计算机均相连，用于对滤波后的多路巴克豪森信号进行放大。
如图2-1、图2-2、图2-3所示，传感器8可沿被检部件7的XY平面任意移动，如图3所示，传感器沿Y方向运动，在编码器记录位置信息的同时内部巴克豪森接收阵列2可快速扫过被检部件7的表面，对表面的应力或硬化层深度或表面硬度进行实时成像，应力成像过程实时显示如图5所示。图5中，颜色深度与应力大小成正比，应力越大，颜色越深。
本发明通过所设计的共用同一个激励磁轭而采用阵列式巴克豪森信号接收器方式同时获取被检部件不同位置巴克豪森信号，在保证激励信号的一致性的同时提高了检测效率，通过编码器获取位置信息，阵列式传感器获取不同位置巴克豪森信号，可实时对被检部件应力或硬化层深度或表面硬度进行成像。
根据本发明实施例，提供了一种成像方法。如图6所示，该方法包括：
步骤S602，传感器在被检测材料表面运动的过程中，检测系统获取传感器在检测材料的表面所处的第一位置和在第一位置检测到的巴克豪森信号，其中，第一位置为被检测材料表面的任意一个位置。
步骤S604，根据在第一位置检测到的巴克豪森信号计算被检测材料在第一位置的应力。
步骤S606，根据被检测材料的整个表面的各个位置的应力绘制被检测材料的整个表面的应力分布图。
步骤S608，展示应力分布图。
在本发明实施例中，共用同一个激励磁轭而采用阵列式巴克豪森信号接收器方式同时获取被检部件不同位置巴克豪森信号，在保证激励信号的一致性的同时提高了检测效率，通过编码器获取位置信息，阵列式传感器获取不同位置巴克豪森信号，通过对巴克豪森信号进行分析，得到待检测物体的应力分布，不会对待检测物体造成损伤，而且，阵列式传感器一次获取多个位置的巴克豪森信号，检测效率高，解决了现有技术中无法对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术问题，达到了对待检测物体的应力分布进行快速无损检测并成像的技术效果。
如图2-1、图2-2、图2-3所示，传感器8可沿被检部件7的XY平面任意移动，如图3所示，传感器沿Y方向运动，在编码器记录位置信息的同时内部巴克豪森接收阵列2可快速扫过被检部件7的表面，对表面的应力或硬化层深度或表面硬度进行实时成像，应力成像过程实时显示如图5所示。图5中，颜色深度与应力大小成正比，应力越大，颜色越深。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种巴克豪森阵列传感器，其特征在于，包括：
外壳；
一磁轭，设置在所述外壳上，用于导磁；
编码器，设置在所述磁轭上，用于在所述传感器运动的过程中检测所述传感器的位置信息；
巴克豪森接收器阵列，设置于所述磁轭下方，用于接收被检测材料的不同位置的巴克豪森信号，其中，所述巴克豪森接收器阵列包括多个巴克豪森接收器，且多个巴克豪森接收器沿不同于运动方向的另一方向排列；
激励线圈，设置在所述磁轭上，用于通过交流电进行局部磁化；
其中，所述磁轭与所述巴克豪森接收器阵列形成的表面为预设形状，其中，所述预设形状由待检测物体的表面形状决定。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述多个巴克豪森接收器排成一排或者方阵。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：
滚轮，设置在所述外壳上。
4.一种检测系统，其特征在于，包括：
函数发生器，与功率放大器、计算机均相连，用于产生激励信号；
功率放大器，与所述函数发生器、所述传感器均相连，用于将所述函数发生器产生的激励信号进行放大，放大后的激励信号用于激励所述传感器工作；
权利要求1至3任一项所述的传感器，与所述功率放大器、编码器配套电路、信号处理器均相连，用于接收多路巴克豪森信号；
编码器配套电路，与所述传感器、所述计算机均相连；
信号处理器，与所述传感器、所述计算机均相连，用于对所述多路巴克豪森信号进行放大和滤波；
计算机，与所述信号处理器、所述编码器配套电路、所述函数发生器均相连，用于控制所述函数发生器产生激励信号，接收并分析所述信号处理器发送的处理过的多路巴克豪森信号，以及接收并解析所述编码器配套电路发送的信号。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述传感器的巴克豪森接收器阵列与所述信号处理器相连，所述传感器的编码器与所述编码器配套电路相连，所述传感器的激励线圈与所述功率放大器相连。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理器包括：
多通道前置放大器，与多通道滤波器、所述巴克豪森接收器阵列均相连，用于对所述多路巴克豪森信号进行放大；
多通道滤波器，与所述多通道前置放大器、所述计算机均相连，用于将放大后的巴克豪森信号进行滤波。
7.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理器包括：
多通道滤波器，与多通道前置放大器、所述巴克豪森接收器阵列均相连，用于对多路巴克豪森信号进行滤波；
多通道前置放大器，与所述多通道滤波器、所述计算机均相连，用于对滤波后的多路巴克豪森信号进行放大。
8.一种基于权利要求4至7任一项所述的检测系统的成像方法，其特征在于，所述方法包括：
传感器在被检测材料表面运动的过程中，所述检测系统获取所述传感器在所述检测材料的表面所处的第一位置和在所述第一位置检测到的巴克豪森信号，其中，所述第一位置为所述被检测材料表面的任意一个位置；
根据在所述第一位置检测到的巴克豪森信号计算所述被检测材料在所述第一位置的应力；
根据所述被检测材料的整个表面的各个位置的应力绘制所述被检测材料的整个表面的应力分布图；
展示所述应力分布图。
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