CN106959336B - 用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法，本发明的装置包括检测标定模块、采样控制模块和有效信号提取处理模块。采样控制模块与检测标定模块电连接，并且将检测信号传输至有效信号提取处理模块。有效信号提取处理模块对采集到的信号进行预处理，剔除缺口干扰数据，再将有效数据从原始数据中分离出来，保证进入信号处理系统的是排除了周期性干扰信号的有效信号。本发明可以实现对漏磁检测信号中所使用的标定辊中存在的背景磁场进行消除，保证去除掉噪声信号，提取到有效漏磁检测信号，可以大大提高内部缺陷漏磁检测的信噪比，提升缺陷检测准确率。

Description

用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法

技术领域

本发明涉及电磁检测，更具体地说，涉及一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法。

背景技术

带钢内部缺陷是冷轧薄带产品的主要质量缺陷之一，特别是对于DI(Drawn&Ironed)材和电池壳钢等特殊用途的带钢产品。在这类带钢产品中，若出现内部缺陷，会导致泄漏等风险，对下游厂家造成很大的质量纠纷，带来很多不必要的麻烦。因此在某些冷轧带钢生产线，生产过程中必须检验内部质量缺陷情况，防止发生缺陷产品交付用户。由于冷轧带钢产品生产是高速和自动化过程，产品离线检测存在抽样风险。因此提出在线内部缺陷检测要求。

检查内部缺陷的方法为漏磁法和电磁超声法等探伤方法。而目前采用比较多的技术是漏磁法。在漏磁检测技术中，传感器多采用电磁线圈、霍尔元件或者磁敏元件。在缺陷检测过程中，需要多个传感器以阵列的形式排布，构成电磁检测探头。磁敏传感器受到外界环境影响原因，其灵敏度和检测精度经常会发生改变，经常需要使用标定装置对其进行标定。

在内部缺陷漏磁检测中，所使用的标定装置，为标定辊。该辊子上面设计有用以安装标定样板的开槽。标定辊采用不锈钢非磁性材料加工而成。由于工艺原因，制作完成后，可能其内部会带有磁性。因此，在标定过程中，标定辊可能会在凹槽处产生大量的漏磁信号，这就会对待测信号产生干扰。因此，在工作过程中，需要对标定辊产生的漏磁噪音进行去除。

通过专利检索找到一些本领域的现有技术：

专利CA2088918C介绍了一种利用漏磁法检测内部缺陷的方法。低通滤波器将漏磁信号中的低频信号部分分离出来，然后将该低频信号放大后，提供给一个补偿线圈。补偿线圈会产生一个磁通信号，该磁通信号可以抵消磁传感器中的磁漂，就能很精确地检测缺陷。

专利JP2005024295A提供一种容易设定磁化装置磁化水平和状态的方法，即使带钢厚度和类别改变，也很容易实现对磁化水平和状态的设定。通过测量磁化条件设置的试样表面附近的磁场，将测量磁场变为所期望的值的位置。

JP11108899A介绍了一个内部缺陷检测标定装置，该装置使用一个测量辊，并使用样带安装在标定辊上面来进行标定，实现每个传感器达到同样的精度。

由于安装标定样板的需要，标定装置的钢辊在安装带钢的位置存在一个缺口，该缺口处设有安装螺栓用以对带钢样板进行固定。由于该缺口的存在，且缺口位置材料的热处理等情况不够好，导致非磁性的不锈钢材料在缺口附近存在磁场，导致带钢检测在此会发生相当大的不规则突变，如果不对该段数据进行处理，缺口处的数据就会成为干扰，被误判成大量缺陷存在。

发明内容

针对现有技术中存在的带钢缺陷标定检测具有较大的背景噪声的问题，本发明的目的是提供一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置，包括检测标定模块、采样控制模块和有效信号提取处理模块。采样控制模块与检测标定模块电连接，并且将检测信号传输至有效信号提取处理模块。有效信号提取处理模块对采集到的信号进行预处理，剔除缺口干扰数据，再将有效数据从原始数据中分离出来，保证进入信号处理系统的是排除了周期性干扰信号的有效信号。

根据本发明的一实施例，检测标定模块包括检测探头、磁化装置和标定辊。沿带钢前进方向先后设置标定辊和磁化装置，磁化装置上设有检测探头，检测探头将磁场信号转换成电压信号。

根据本发明的一实施例，采样控制模块包括处理单元、AD采样电路和存储单元。AD采样电路将电压信号转换为数字信号，处理单元将AD采样得到的数字信号暂存在存储单元中，并将存储单元中的信号进行发送。

根据本发明的一实施例，有效信号提取处理模块包括缺口标准信号获取单元、钢辊缺口信号识别单元、有效数据长度判断单元和有效数据提取单元。缺口标准信号获取单元获取标定辊缺口磁场信号曲线，并对曲线上所有磁场信号进行导数运算，标定出缺口位置。钢辊缺口信号识别单元对所有信号进行导数运算，检测信号曲线上的极值点，在数据中选定缺口信号和疑似缺陷信号。有效数据长度判断单元根据标定辊的运转速度和采样频率计算出有效数据长度。有效数据提取单元对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，即能得到最终缺陷信号。

根据本发明的一实施例，标定辊在安装带钢的位置存在一个缺口，缺口处设有安装螺栓用以对带钢样板进行固定。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除方法，包括以下步骤：对钢辊进行采样；获取缺口标准信号；识别标定辊缺口信号；判断有效数据长度；提取有效数据，去除干扰信号。

根据本发明的一实施例，获取缺口标准信号包括：将未安装钢板的测量辊以一定速度转动，获取标定辊缺口磁场信号曲线；对曲线上所有磁场信号Y(t)进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点；对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解；将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小和极值间的距离，将距离最远的两个极值点标记为缺口的边缘峰值点。标定辊缺口起始点则在标号为1的上升沿处。标定辊缺口结束处，则在标号为N的波峰下降沿处。

根据本发明的一实施例，识别标定辊缺口信号包括：对所有信号进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点；对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解；将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小，同时记录相邻两个极值点之间的距离；每个周期中，多个极值点的大小和相对位置的数据与标定的标定辊缺口信号中第1和N的极值点大小和位置进行对比，在数据中选定缺口信号，不在位置区间内的则标定为疑似缺陷信号；对极值大小和相对位置设计一个误差值，在误差值范围内的结果认为是缺口处的最终信号。

根据本发明的一实施例，判断有效数据长度包括：L＝f*T；其中，L为有效数据长度点数；f为采样频率；T为标定辊转动周期。

根据本发明的一实施例，提取有效数据，去除干扰信号包括：确定缺口数据位置之后，对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，得到最终缺陷信号。

在上述技术方案中，本发明的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置及方法可以实现对漏磁检测信号中所使用的标定辊中存在的背景磁场进行消除，保证去除掉噪声信号，提取到有效漏磁检测信号，可以大大提高内部缺陷漏磁检测的信噪比，提升缺陷检测准确率。

附图说明

图1是本发明的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置的总体流程示意图；

图2是标定辊的结构示意图；

图3是数据采集和保存的结构示意图；

图4是有效信号处理提取的流程示意图；

图5是提取有效数据的流程图；

图6是本发明的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的目的是为了实现对于基于漏磁原理的内部缺陷检测标定装置进行标定辊13磁干扰信号及其他噪声信号去除的目的，如图1所示，本发明的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置主要包括漏磁检测标定模块1、采样控制模块2和有效信号提取处理模块3。

参照图1，采样控制模块2与检测标定模块1电连接，并且将检测信号传输至有效信号提取处理模块3。有效信号提取处理模块3对采集到的信号进行预处理，剔除缺口干扰数据，再将有效数据从原始数据中分离出来，保证进入信号处理系统的是排除了周期性干扰信号的有效信号。

由于安装标定样板的需要，标定装置的钢辊在安装带钢的位置存在一个缺口，如图2所示，标定辊13在安装带钢的位置存在一个缺口，缺口处设有安装螺栓用以对带钢样板进行固定。在本发明中，采样控制模块2采集到检测信号，该信号包含缺口信号。采样控制模块2将检测信号传输至有效有效信号提取处理模块3。有效有效信号提取处理模块3对采集到的信号进行预处理，剔除缺口干扰数据，即先根据缺口信号的特征和钢辊的转速判定缺口之后多少个采样点为有效的数据，再将有效数据从原始数据中分离出来，保证进入信号处理系统的是排除了周期性干扰信号的有效信号。这样，安装缺口信号便被消除掉了。

如图6所示，检测标定模块1包括检测探头11、磁化装置12和标定辊13。沿带钢前进方向先后设置标定辊13和磁化装置12，磁化装置12上设有检测探头11，检测探头11将磁场信号转换成电压信号。作为本发明的一种实施方式，检测探头11可以是磁敏传感器。

如图3所示，采样控制模块2包括处理单元、AD采样电路和存储单元。AD采样电路将电压信号转换为数字信号，处理单元将AD采样得到的数字信号暂存在存储单元中，并将存储单元中的信号进行发送。

作为本发明的一种实施方式，处理单元为FPGA板卡，存储单元为数据缓存器。采样控制主要是由高速FPGA控制串行AD转换器进行工作的。一个采样控制单元由一个FPGA、4个ADC芯片和多个磁敏传感器共同组成。六个采样控制单元组成整体的采样组，完成整个装置的多路传感器数据同时采样。具体采样和保存的过程如下：

1)磁敏传感器负责将磁场信号转换成电压信号。

2)多路AD采样电路将电压信号转换为数字信号。

3)FPGA将AD采样得到的数字信号暂存在SDRAM/DDR缓存器中。

4)FPGA将SDRAM/DDR中的信号数据以32bit总线方式进行发送。

如图4所示，有效信号提取处理模块3包括缺口标准信号获取单元、钢辊缺口信号识别单元、有效数据长度判断单元和有效数据提取单元。缺口标准信号获取单元获取标定辊13缺口磁场信号曲线，并对曲线上所有磁场信号进行导数运算，标定出缺口位置。钢辊缺口信号识别单元对所有信号进行导数运算，检测信号曲线上的极值点，在数据中选定缺口信号和疑似缺陷信号。有效数据长度判断单元根据标定辊13的运转速度和采样频率计算出有效数据长度。有效数据提取单元对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，即能得到最终缺陷信号。

综合上述的结构，如图6所示，图中的信号采集卡即为采样控制模块2，有效信号提取处理模块3在计算机中。待测带钢4安装在标定辊13上，检测探头11靠近标定辊13至检测位置。驱动电机5驱动标定辊13转动，检测探头11获取待测带材磁场信息。采集卡采集到待测带材的磁场信号，并将该磁场信号通过以太网传送到有效信号提取处理模块3，计算机中的有效信号提取处理模块3将标定辊背景噪声消除掉，剩下完整的漏磁信号，后续信号分析单元对该信号进行进一步处理，即能检测出内部缺陷。另外，可根据采集到的标准缺陷信号情况，利用灵敏度调节单元6对磁敏传感器进行灵敏度调节，使所有的检测传感器灵敏度保持一致。

如图5所示，本发明还公开一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除方法，对应上述本发明的装置，其主要包括以下步骤：

对钢辊进行采样；

获取缺口标准信号；

识别标定辊13缺口信号；

判断有效数据长度；

提取有效数据，去除干扰信号。

具体来说，如图5所示，对钢辊进行采样之后，有效信号提取处理模块3的具体实现过程如下：

缺口标准信号获取

①多路传感器同时进行测量，在钢辊缺口位置处会出现较大的N个峰值信号。将未安装钢板的测量辊以一定速度转动，获取标定辊13缺口磁场信号曲线。

②对曲线上所有磁场信号Y(t)进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点。

③在此基础上对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解。一阶导数等于0而二阶导数不等于0的点就是检测信号曲线上的极值点。

④将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小和极值间的距离。距离最远的两个极值点，即为缺口的边缘峰值点。而标定辊13缺口起始点则在标号为1的上升沿处。标定辊13缺口结束处，则在标号为N的波峰下降沿处。确定好它们距离极值点的有效距离，有效距离点数与钢棍的转速成正比，便能保证在不同的速度下都可以标定出缺口位置。我们标记缺口位置起点峰值为h₁和h_N。

2)标定辊13缺口信号识别

如前所述，缺口漏磁场峰值信号是周期性出现的，每个周期中的信号是基本类似的。由于所有传感器进行的是同步测量，其有效数据(两个圈出部分的中间)和缺陷信号是基本同步的，所以只要针对某一路的信号进行判断，其他多路信号就可以同样采用该判断。这样就大大加快了运算的速度，提高了识别的效率。具体识别过程如下：

①对所有信号进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点。

②在此基础上对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解。一阶导数等于0而二阶导数不等于0的点就是检测信号曲线上的极值点。

③将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小，同时记录相邻两个极值点之间的距离。

④将每个周期中，多个极值点的大小和相对位置的数据与标定的标定辊13缺口信号中第1和N的极值点大小和位置进行对比从而在数据中选定缺口信号，不在位置区间内的则标定为疑似缺陷信号。

⑤对极值大小和相对位置设计一个误差值，在误差值范围内的结果认为是缺口处的最终信号。

3)有效数据长度判断

有效数据的长度取决于标定辊13的运转速度和采集卡的采样频率。通过确定这两个参数，可以计算出有效数据长度。

L＝f*T；

L为有效数据长度点数；f为采集卡采样频率；T为标定辊13转动周期。

比如，采样频率为100K/S，钢辊转速导致有效数据测量一个周期时间是0.05S。则有效数据长度就是5000个采样点。

4)有效数据提取

两段缺口信号之间的数据就是有效数据，由于数据信号是周期性出现的，所以在实际使用中不对每一个周期的缺口信号进行识别，而是采用缺口信号加有效数据长度来实现。当确定缺口数据位置之后，5000个采样点就是所要提取的有效数据，并对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，即能得到最终缺陷信号。

通过以上方法，即能正确实现对标定装置干扰信号进行去除，提取出有效信号。

本发明可以实现在漏磁内部缺陷检测标定装置中，对因标定辊13样板安装位置形成的背景噪声进行滤波处理，以便提取出有效检测数据。在实际应用中，磁敏传感器检测到被测带钢磁信号，采集控制单元采集到检测信号，并送往有效信号处理及提取单元进行信号处理。通过以上处理，信号中的标定辊背景噪声等被消除掉，留下有效的缺陷漏磁信号。这样，再通过小波分析等算法对有效信号进行处理，即能实现对缺陷信号的正确分析，得到缺陷尺寸等相关信息。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置，其特征在于，包括：

漏磁检测标定模块、采样控制模块和有效信号提取处理模块；

所述采样控制模块与所述漏磁检测标定模块电连接，并且将检测信号传输至有效信号提取处理模块；

有效信号提取处理模块对采集到的信号进行预处理，剔除缺口干扰数据，再将有效数据从原始数据中分离出来，保证进入信号处理系统的是排除了周期性干扰信号的有效信号，

所述有效信号提取处理模块包括缺口标准信号获取单元、钢辊缺口信号识别单元、有效数据长度判断单元和有效数据提取单元；

所述缺口标准信号获取单元获取标定辊缺口磁场信号曲线，并对曲线上所有磁场信号进行导数运算，标定出缺口位置；

所述钢辊缺口信号识别单元对所有信号进行导数运算，检测信号曲线上的极值点，在数据中选定缺口信号和疑似缺陷信号；

所述有效数据长度判断单元根据标定辊的运转速度和采样频率计算出有效数据长度；

所述有效数据提取单元对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，即能得到最终缺陷信号。

2.如权利要求1所述的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置，其特征在于，所述漏磁检测标定模块包括检测探头、磁化装置和标定辊；

沿带钢前进方向先后设置所述标定辊和磁化装置，所述磁化装置上设有所述检测探头，所述检测探头将磁场信号转换成电压信号。

3.如权利要求1所述的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置，其特征在于，所述采样控制模块包括处理单元、AD采样电路和存储单元；

所述AD采样电路将电压信号转换为数字信号；

所述处理单元将AD采样得到的数字信号暂存在存储单元中，并将存储单元中的信号进行发送。

4.如权利要求2所述的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置，其特征在于，所述标定辊在安装带钢的位置存在一个缺口，所述缺口处设有安装螺栓用以对带钢样板进行固定。

5.一种用于如权利要求1所述的用于漏磁检测标定的背景噪声去除装置的背景噪声去除方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对钢辊进行采样；

获取缺口标准信号；

识别标定辊缺口信号；

判断有效数据长度；

提取有效数据，去除干扰信号。

6.如权利要求5所述的背景噪声去除方法，其特征在于，获取缺口标准信号包括：

将未安装钢板的测量辊以一定速度转动，获取标定辊缺口磁场信号曲线；

对曲线上所有磁场信号Y(t)进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点；

对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解；

将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小和极值间的距离，将距离最远的两个极值点标记为缺口的边缘峰值点。

7.如权利要求5所述的背景噪声去除方法，其特征在于，识别标定辊缺口信号包括：

对所有信号进行导数运算，求解一阶导数dY/dt＝0的各个点；

对求出一阶导数为0的各个点的二阶导数d²Y/dt²求解；

将信号中的各极值点编号，同时记录其极值的大小，同时记录相邻两个极值点之间的距离；

每个周期中，多个极值点的大小和相对位置的数据与标定的标定辊缺口信号中第1和N的极值点大小和位置进行对比，在数据中选定缺口信号，不在位置区间内的则标定为疑似缺陷信号；

对极值大小和相对位置设计一个误差值，在误差值范围内的结果认为是缺口处的最终信号。

8.如权利要求5所述的背景噪声去除方法，其特征在于，判断有效数据长度包括：

L＝f*T；

其中，L为有效数据长度点数；f为采样频率；T为标定辊转动周期。

9.如权利要求5所述的背景噪声去除方法，其特征在于，提取有效数据，去除干扰信号包括：

确定缺口数据位置之后，对之前确定的疑似缺陷信号进行处理，得到最终缺陷信号。

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