CN108362746A - 基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，涉及无损检测信号处理领域，包括：接收输入的单对电极电容成像n次提离检测信号，对所述L_n提离下求缺陷判别畸变率信号ΔY_n＝(Y_n‑Yb_n)/Yb_n，并将所述畸变率信号ΔY_n输入到低通滤波器；判断低通滤波器输出的ΔY_n的绝对值是否大于等于预设阀值P₀；如果是，判断有缺陷存在；如果否，判断缺陷不存在；当缺陷存在，判断所述ΔY_n是否小于0；如果是，判断缺陷为非导体层表面缺陷；如果否，判断ΔY_n是否大于ΔY_n‑1；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；如果一直不存在ΔY_n大于ΔY_n‑1，判断缺陷为分界面缺陷。本发明通过对多提离检测信号进行处理，进一步实现实时判别缺陷类型和实现报警。

Description

基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法

技术领域

本发明涉及无损检测信号处理领域，尤其涉及一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法。

背景技术

电容成像检测技术是一种基于边缘电容效应，适用于非导电材料内部缺陷和导电材料表面缺陷检测的新兴无损检测技术，其利用检测探头在非导电被测试件内部和导电材料表面形成特定的电场分布进行缺陷的检测和评估。当无缺陷时，电场分布无扰动；当有缺陷存在时，会改变电场的分布并引起检测极板上电荷的变化。

现有技术中，利用单对电极电容成像检测技术对缺陷的评估都是采用肉眼直接观察检测成像结果进行判定，其中，Y_n信号为L_n提离下的探头电压信号，该检测信号反应缺陷的有无。同时，基于电容成像检测技术的原理和特点，当没缺陷时，Y_n信号稳定于某一数值，为一常数；当有缺陷时，Y_n信号出现波峰或者波谷。但是，对于不同提离距离下的没有缺陷的电容成像检测结果Y_n信号稳定于不同数值，意味着不同提离距离下的背景基准值不同。同时，在不同的应用场合下，对于缺陷的尺寸检出要求不同，有些微小缺陷在一定的场合可认为不需要检修或者更换，通过肉眼观察成像结果不能做到给定应用场合下的精确判断。因此，采用定义一种缺陷判别畸变率信号ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(Y_n为L_n提离下缺陷引起的探头电压输出信号，Yb_n为L_n提离下无缺陷时探头检测输出的背景值)的方式既可以表示出缺陷的大小，同时可以将不同提离距离下的检测结果调整到同一基准下作对比以观察畸变方向和畸变率变换趋势。而且，现有技术中，从未利用单对电极电容成像检测技术实现针对如图1所示非导体层/导体层混合结构检测缺陷结果的分层识别。图1中a0为非导体层，a1为导体层。其中a01是一个非导体层表面缺陷，a02是一个非导体层内部缺陷；a11是一个分界面缺陷(包括导体层表面缺陷和非导体层靠近分界面处亚表面缺陷)；a00线用以区分非导体层内部缺陷和非导体层靠近分界面处亚表面缺陷，非导体层内部缺陷穿过a00线而非导体层靠近分界面处亚表面缺陷位于a00线下方，且该分界线由探头的结构和被测物的性质决定。如图2所示，probe为单对电极三角形背对背极板电容成像探头，a00线的确定可以依据电容成像探头灵敏度分布理论，非导体层内部的a00线为给定场合下非导体层内部s处的检测灵敏度分布值为0的水平线。

因此，有必要提出一种直观性好、试用非导体层/导体层混合结构检测应用场合且实时判别缺陷类型和实现报警的缺陷判别方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，通过结合缺陷的畸变方向和畸变率变换趋势，以提高单对电极电容成像检测技术中缺陷判别的直观性和实现缺陷检测的实时判别。

本发明提供了一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，应用于基于多次提离下单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号，包括：接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号，其中所述单对电极电容成像缺陷检测信号包含有限个依次增大的提离距离(L₁<L₂<……<L_n-1<L_n)下缺陷引起的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n-1、Y_n)和有限个依次增大的提离距离下无缺陷时探头检测输出的背景值(Yb₁、Yb₂、……、Yb_n-1、Yb_n)以及外界因素引起的噪声扰动信号；对所述提离距离L₁下缺陷引起的探头电压输出信号Y₁与所述提离距离L₁下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₁作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₁输入到低通滤波器；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁的绝对值|ΔY₁|是否大于等于预设阀值P₀；如果是，判断有缺陷存在；如果否，判断缺陷不存在；如果缺陷存在，判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁是否小于0；如果是，判断缺陷为非导体层表面缺陷；如果否，将所述提离距离L₂下缺陷引起的探头电压输出信号Y₂与所述提离距离L₂下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₂作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₂＝(Y₂-Yb₂)/Yb₂，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₂输入到低通滤波器；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₂是否大于ΔY₁；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；如果否，依次对所述提离距离L_n-1下的Y_n-1与Yb_n-1和所述L_n下的Y_n与Yb_n作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY_n-1＝(Y_n-1-Yb_n-1)/Yb_n-1和ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(n＞2，且为整数)，并判断ΔY_n是否大于ΔY_n-1，如果否，判断缺陷为分界面缺陷；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷。

本发明提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，在接收到输入的单对电极电容成像缺陷检测信号后，获取该缺陷检测信号在所述提离距离L₁下引起的探头电压输出信号Y₁与所述提离距离L₁下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₁；通过信号和数学处理软件，求缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁，并且将上述处理过的数据输入到低通滤波器数据处理通道；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁的绝对值|ΔY₁|是否大于等于预设阀值P₀；如果是，判断有缺陷存在；如果否，判断缺陷不存在，实现实时判别缺陷的有无和报警的目的。为进一步直观判别缺陷的位置分层类型，由于电容成像检测信号的特点，导体结构的存在引起导体上非导体结构内部可用于检测的正负灵敏度分布区域，造成对于导体与非导体材料的缺陷畸变方向不同，同时采用不同提离下检测，非导体内部缺陷会出现不同的畸变趋势。因此如果缺陷存在，再判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁是否小于0；如果是，判断缺陷为非导体层表面缺陷；如果否，将所述提离距离L₂下缺陷引起的探头电压输出信号Y₂与所述提离距离L₂下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₂作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₂＝(Y₂-Yb₂)/Yb₂，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₂输入到低通滤波器；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₂是否大于ΔY₁；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；如果否，依次对所述提离距离L_n-1下的Y_n-1与Yb_n-1和所述L_n下的Y_n与Yb_n作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY_n-1＝(Y_n-1-Yb_n-1)/Yb_n-1和ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(n＞2，且为整数)，并判断ΔY_n是否大于ΔY_n-1，如果否，判断缺陷为分界面缺陷；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷。本发明提供的方法采用对缺陷检测信号求畸变率信号，引入缺陷判别阀值P₀的方法，对缺陷判别畸变率信号和阀值P₀进行比较，直观和实时地实现缺陷有无的判别。同时结合电容成像不同提离检测下对不同层缺陷的畸变趋势不同，实现缺陷的分层定位。

附图说明

图1为本发明背景技术提供的的三个缺陷分层示意图；

图2为本发明背景技术提供的a00线确定方法示意图；

图3为本发明实施例一提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的示意图一；

图4为本发明实施例一提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的示意图二；

图5为本发明实施例二提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的非导体层表面缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；

图6为本发明实施例二提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的非导体层内部缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；

图7为本发明实施例二提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的分界面缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；

图8为本发明实施例二提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的缺陷判别畸变率信号实验曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，所述方法应用于应用于基于多次提离下单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号，所述单对电极电容成像检测技术在对缺陷进行检测时可以产生用于判别缺陷的检测信号包含有限个依次增大的提离距离(L₁<L₂<……<L_n-1<L_n)下缺陷引起的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n-1、Y_n)和有限个依次增大的提离距离下无缺陷时探头检测输出的背景值(Yb₁、Yb₂、……、Yb_n-1、Yb_n)以及外界因素引起的噪声扰动信号，本实施例提供的方法应用于基于多次提离下单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号中。根据单对电极电容成像检测原理，导体与非导体材料的缺陷畸变方向不同，同时由于电容成像检测信号的特点，导体结构的存在引起导体上非导体结构内部可用于检测的正负灵敏度分布区域，因此，通过采用不同提离距离检测，非导体内部缺陷会出现不同的畸变趋势。

实施例一

图3为本发明实施例提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的示意图一，如图所示，包括：

S101，接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号，其中所述单对电极电容成像缺陷检测信号包含已知n次提离(L₁、L₂、……、L_n)下缺陷引起的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n)和n次提离下无缺陷时探头检测输出的背景值(Yb₁、Yb₂、……、Yb_n)以及外界因素引起的噪声扰动信号。

具体的，信号和数学处理软件接收输入的缺陷检测信号，其中接受输入的缺陷检测信号为多次提离下单对电极电容成像检测探头输入的缺陷检测信号，该缺陷检测信号中包含有限个依次增大的提离距离(L₁<L₂<……<L_n-1<L_n)下缺陷引起的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n-1、Y_n)和有限个依次增大的提离距离下无缺陷时探头检测输出的背景值(Yb₁、Yb₂、……、Yb_n-1、Yb_n)以及外界因素引起的噪声扰动信号。进一步对获取的缺陷检测信号用于缺陷的初步识别，出现较明显的具有波峰或波谷的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n)则代表存在缺陷，获取的噪声扰动信号是由外界环境或探头抖动、运动速度不均匀引起，但一般较小，位于某一数值附近，而且频率较高，可以通过低通滤波器过滤。

S102，对所述提离距离L₁下缺陷引起的探头电压输出信号Y₁与所述提离距离L₁下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₁作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₁输入到低通滤波器S103；S104，判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁的绝对值|ΔY₁|是否大于等于预设阀值P₀；S105，如果是，判断有缺陷存在；S106，如果否，判断缺陷不存在。

具体的，信号或数学处理软件接收到检测探头输入的缺陷检测信号之后，调用预先编制好的计算处理程序对其进行实时的求缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁。通入低通滤波器的目的是过滤包含的噪声信号，使显示的信号平滑。为了直观、方便的判断和显示缺陷的有无，引入判断阀值P₀，对低通滤波器输出的缺陷判别信号与阀值P₀进行比较。大于阀值P₀的表示有缺陷存在，小于阀值P₀的表示缺陷不存在。

其中阀值P₀的确定为信号或数学处理软件接收检测探头输入的至少一次应用场合下定义的最小缺陷样本单对电极电容成像检测信号，该缺陷检测信号为通过检测与被检测物同样材质的信号，通过输入至少一次样本缺陷检测信号，确定被判别缺陷的判别精度，从而获取预设阀值P₀，如图4所示，包括：b0，接收检测探头输入的至少一次样本缺陷检测信号；b1，根据所述至少一次样本缺陷检测信号获取所述预设阀值P₀。

S107，判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁是否小于0；S108，如果是，判断有缺陷为非导体层表面缺陷；S109，如果否，将所述提离距离L₂下缺陷引起的探头电压输出信号Y₂与所述提离距离L₂下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₂作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₂＝(Y₂-Yb₂)/Yb₂，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₂输入到低通滤波器；S110，判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₂是否大于ΔY₁；S111，如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；S112，如果否，依次对所述提离距离L_n-1下的Y_n-1与Yb_n-1和所述L_n下的Y_n与Yb_n作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY_n-1＝(Y_n-1-Yb_n-1)/Yb_n-1和ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(n＞2，且为整数)，并判断ΔY_n是否大于ΔY_n-1，如果否，判断缺陷为分界面缺陷；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷。

优选的，对所述缺陷检测信号求缺陷判别畸变率信号，并同时判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号的绝对值是否大于等于预设阀值P₀和判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号是否小于0，其特征在于，对所述单对电极电容成像缺陷检测信号求畸变率包括借助labview软件控件求畸变率和matlab软件编程求畸变率。

本发明提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，在接收到输入的单对电极电容成像缺陷检测信号后，获取该缺陷检测信号在所述提离距离L₁下引起的探头电压输出信号Y₁与所述提离距离L₁下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₁；通过信号和数学处理软件，求缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁，并且将上述处理过的数据输入到低通滤波器数据处理通道；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁的绝对值|ΔY₁|是否大于等于预设阀值P₀；如果是，判断有缺陷存在；如果否，判断缺陷不存在，实现实时判别缺陷的有无和报警的目的。为进一步直观判别缺陷的位置分层类型，由于电容成像检测信号的特点，导体结构的存在引起导体上非导体结构内部可用于检测的正负灵敏度分布区域，造成对于导体与非导体材料的缺陷畸变方向不同，同时采用不同提离下检测，非导体内部缺陷会出现不同的畸变趋势。因此如果缺陷存在，再判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁是否小于0；如果是，判断缺陷为非导体层表面缺陷；如果否，将所述提离距离L₂下缺陷引起的探头电压输出信号Y₂与所述提离距离L₂下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₂作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₂＝(Y₂-Yb₂)/Yb₂，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₂输入到低通滤波器；判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₂是否大于ΔY₁；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；如果否，依次对所述提离距离L_n-1下的Y_n-1与Yb_n-1和所述L_n下的Y_n与Yb_n作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY_n-1＝(Y_n-1-Yb_n-1)/Yb_n-1和ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(n＞2，且为整数)，并判断ΔY_n是否大于ΔY_n-1，如果否，判断缺陷为分界面缺陷；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷。本发明提供的方法采用对缺陷检测信号求畸变率信号，引入缺陷判别阀值P₀的方法，对缺陷判别畸变率信号和阀值P₀进行比较，直观和实时地实现缺陷有无的判别。同时结合电容成像不同提离检测下对不同层缺陷的畸变趋势不同，实现缺陷的分层定位。

实施例二

基于实施例一提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，本实施例给出了提离距离为具体数值的仿真和实验实施方法，以验证该方法的有效性。

所述接收检测探头输入的至少两次(n≥2)提离单对电极电容成像缺陷检测信号和外界因素引起的噪声扰动信号；获取至少两次(n≥2)提离下无缺陷时探头检测输出的背景值。所述n次提离(L₁、L₂、……、L_n)，n＝4(L₁＝0.1mm、L₂＝0.2mm、L₃＝0.5mm、L₄＝1.0mm)，所述低通滤波器为六阶Butterworth低通滤波器，经该优选参数处理后的仿真缺陷判别畸变率信号如图5、图6、图7所述，图5为本发明实施例提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的非导体层表面缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；图6为本发明实施例提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的非导体层内部缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；图7为本发明实施例提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法的分界面缺陷仿真结果缺陷判别畸变率信号曲线；所述n次提离(L₁、L₂、……、L_n)，n＝5(L₁＝0mm、L₂＝0.5mm、L₃＝1.0mm、L₄＝1.5mm、L₅＝2.0mm)，所述低通滤波器为六阶Butterworth低通滤波器，经该优选参数处理后的实验缺陷判别畸变率信号如图8所述。可以根据图8判断检测信号包含三个缺陷，其中C1为非导体层表面缺陷、C2为非导体层内部缺陷、C3为分界面缺陷。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，应用于基于多次提离下单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号，其特征在于，包括：

接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号，其中所述单对电极电容成像缺陷检测信号包含有限个依次增大的提离距离(L₁<L₂<……<L_n-1<L_n)下缺陷引起的探头电压输出信号(Y₁、Y₂、……、Y_n-1、Y_n)和有限个依次增大的提离距离下无缺陷时探头检测输出的背景值(Yb₁、Yb₂、……、Yb_n-1、Yb_n)以及外界因素引起的噪声扰动信号；

对所述提离距离L₁下缺陷引起的探头电压输出信号Y₁与所述提离距离L₁下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₁作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₁＝(Y₁-Yb₁)/Yb₁，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₁输入到低通滤波器；

判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁的绝对值|ΔY₁|是否大于等于预设阀值P₀；如果是，判断有缺陷存在；如果否，判断缺陷不存在；

如果缺陷存在，判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₁是否小于0；如果是，判断缺陷为非导体层表面缺陷；如果否，将所述提离距离L₂下缺陷引起的探头电压输出信号Y₂与所述提离距离L₂下无缺陷时探头检测输出的背景值Yb₂作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY₂＝(Y₂-Yb₂)/Yb₂，并将所述缺陷判别畸变率信号ΔY₂输入到低通滤波器；

判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号ΔY₂是否大于ΔY₁；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷；如果否，依次对所述提离距离L_n-1下的Y_n-1与Yb_n-1和所述L_n下的Y_n与Yb_n作差值并求出缺陷判别畸变率信号ΔY_n-1＝(Y_n-1-Yb_n-1)/Yb_n-1和ΔY_n＝(Y_n-Yb_n)/Yb_n(n＞2，且为整数)，并判断ΔY_n是否大于ΔY_n-1，如果否，判断缺陷为分界面缺陷；如果是，判断缺陷为非导体层内部缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，其特征在于，所述接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号之前，包括：

接收检测探头输入的至少一次应用场合下定义的最小缺陷样本单对电极电容成像检测信号；

根据所述至少一次样本单对电极电容成像缺陷检测信号获取所述预设阀值P₀。

3.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，其特征在于，所述接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号，包括：

接收检测探头输入的至少两次(n≥2)提离单对电极电容成像缺陷检测信号和外界因素引起的噪声扰动信号；

获取至少两次(n≥2)提离下无缺陷时探头检测输出的背景值。

4.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，其特征在于，对所述单对电极电容成像缺陷检测信号求畸变率，并同时判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号的绝对值是否大于等于预设阀值P₀和判断所述低通滤波器输出的缺陷判别畸变率信号是否小于0，包括：

对所述单对电极电容成像缺陷检测信号求畸变率包括借助labview软件控件求畸变率和matlab软件编程求畸变率。

5.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术提离效应的缺陷判别方法，其特征在于，所述低通滤波器为六阶Butterworth低通滤波器。