CN109632941A - 一种抑制漏磁信号提离干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制漏磁信号提离干扰的方法，首先采用漏磁检测探头将钢轨漏磁信号转换为模拟电压信号，然后通过硬件差分电路对该电压信号进行处理，初步滤除提离干扰，最后通过采集电路将初步滤除提离干扰后的模拟信号转换为数字信号。本发明能够有效抑制提离干扰的影响，增加缺陷信号的信噪比，适用于钢轨、钢管等铁磁性材料表面缺陷的漏磁巡检。

Description

一种抑制漏磁信号提离干扰的方法

技术领域

本发明涉及漏磁检测技术领域，尤其涉及一种抑制漏磁信号提离干扰的方法。

背景技术

无损检测是利用材料内部结构的异常和缺陷的存在所引起的对热、声、电、光、磁等反应的变化，评价结构的异常和缺陷，即在不损伤被检测工件、材料等的情况下检测其内部结构、物理性能或状态是否存在裂纹、夹杂等缺陷的新兴学科。漏磁无损检测法可以检测铁磁性材料工件表面及内部的裂纹，并且具备检测灵敏度高、速度快、对工件表面清洁度要求不高、成本低、操作简单等优点，被广泛应用在铁磁材料，如钢轨、钢管等设备的无损检测中。磁敏传感器到被测工件之间的垂直距离称为提离，不同提离下漏磁场的分布不一样。当探头在工件表面巡回检测时，受振动等因素影响，提离将发生变化，导致磁敏传感器的输出变化，称为提离干扰。提离干扰造成缺陷信号难于分辨，不利于工件缺陷的测量。为了提高测量的精度，需要设法抑制提离干扰的影响，增加信噪比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种抑制漏磁信号提离干扰的方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种抑制漏磁信号提离干扰的方法，采用漏磁检测探头、硬件差分电路和采集电路来抑制漏磁信号提离干扰，具体包含以下步骤：

步骤1)，采用漏磁检测探头将待测钢轨漏磁信号转换成模拟电压信号，所述漏磁检测探头包含磁芯、激励线圈、以及若干对磁敏传感器，其中，所述激励线圈缠绕在磁芯上；所述若干对磁敏传感器设置在所述磁芯下方正中处，以成对方式布设在传感器探头移动方向上；

每对磁敏传感器之间的距离式中2a为预设的最小缺陷宽度阈值，d为预设的巡检过程中提离的期望阈值，k＝v/s，v为漏磁检测探头的巡检速度，s为采集电路的采样速度；

步骤2)，通过硬件差分电路对传感器输出的模拟电压信号进行处理，初步滤除提离干扰；

步骤3)，通过采集电路将初步滤除提离干扰后的模拟信号转换为数字信号，所述采集电路的采样速度

作为本发明一种抑制漏磁信号提离干扰的方法进一步的优化方案，还包含以下步骤：

步骤4)，将转换为数字信号的电压的绝对值减去作为最终的测量结果：

式中，d_max和d_min是巡检过程中提离的最大最小值，l_y为磁芯长度；D为磁敏传感器的灵敏度，K为采集电路的放大倍数；b为预设的最小缺陷深度阈值，μ为待测钢轨的相对磁导率，H_a为激励线圈产生的磁场强度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明能够有效抑制漏磁信号提离干扰，增加缺陷信号的信噪比，适用于诸如钢轨、钢管等铁磁性材料表面或近表面埋藏缺陷的巡回检测。

附图说明

图1为本发明的漏磁检测原理示意图；

图2为本发明的检测探头示意图；

图3为本发明的坐标示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种抑制漏磁信号提离干扰的方法，首先采用漏磁检测探头将钢轨漏磁信号转换为模拟电压信号，然后通过硬件差分电路对传感器输出的电压信号进行处理，初步滤除提离干扰，最后通过采集电路将初步滤除提离干扰后的模拟信号转换为数字信号。

漏磁检测探头的硬件结构如图1、图2所示，包含磁芯、激励线圈、以及若干对磁敏传感器，其中，所述激励线圈缠绕在磁芯上；所述若干对磁敏传感器安装在磁芯下方正中处，以成对方式布设在传感器探头移动方向上。根据磁场叠加原理，将实际漏磁场分解为空气耦合磁场N和缺陷峰值磁场H的矢量合成，这里的H可以理解为无噪声的理想漏磁场分布。N受提离影响，对缺陷的检测造成不利影响。

磁敏传感器S₁和S₂的检测灵敏度D₁和D₂通过人工匹配可实现D₁≈D₂≈D，由于两个磁敏传感器的提离近似相等，所以两个传感器采集到的N在y方向的磁场强度近似相等，具有明显的共模特性，差分后输出近似为0，从而抑制不同提离对输出信号的干扰。

如附图3所示，缺陷的截面尺寸为2a×b，其中，2a为应检出最小缺陷宽度，b为应检出最小缺陷深度。设巡检过程中磁敏传感器平均提离为d，两个磁敏传感器距离为l。以工件表面缺陷的几何中心为原点建立直角坐标系。则H在y方向的磁场强度的计算式为：

式(1)中x和y分别为检测点的水平和垂直方向的坐标，σ_s表示缺陷侧面的面磁荷密度。根据磁偶极子模型的原理，σ_s的取值可通过下式进行计算。

式中μ为材料的相对磁导率，H_a为外加磁场强度。在有缺陷处，设磁敏传感器的坐标分别为(x₁,d)和(x₂,d),则其通过硬件差分后的输出为：

Out＝(H_y(x₂，d)-H_y(x₁，d))D

根据式(1)，当x＝0时，H_y＝0；当x<0时，H_y>0；当x>0时，H_y<0。当两个磁敏传感器分布在原点两侧时，其差分信号比单个传感器的输出更大。可以证明在x₁＝(a²+d²)^1/2、x₂＝-(a²+d²)^1/2时，即两个磁敏传感器对称分布在原点两侧且间距为2(a²+d²)^1/2时，差分后的输出Out最大。

在实际测量时，由于采样速度的影响，无法保证恰好在两个磁敏传感器对称分布在缺陷中心两侧时采样。设探头巡检速度为v，采样速度为s。设k＝v/s，则探头每移动k会采样一次。为了保证两个磁敏传感器连线的中点在经过缺陷时至少采样一次，k应不大于2a，则

在两个磁敏传感器先后经过缺陷上方的过程中，系统会进行多次采样。每次采样时两个磁敏传感器到原点的距离差不同，距离差最小的一次采样称为最佳采样点。显然，在最佳采样点上，两个磁敏传感器到原点的距离差不超过k。设磁敏传感器的坐标分别为(l/2-k/2,d)和(-l/2-k/2,d)。则此时差分后的输出为：

Out_d＝(H_y(-l/2-k/2，d)-H_y(l/2-k/2，d))D (3)

由于缺陷或裂纹较小，因此可引入裂纹漏磁场分布的磁偶极子模型，对式(3)进行简化：

进一步可简化为：

对式(4)求一阶导数并令其为0，解得：

此时Out_d有最大值，可以得到较好的信噪比。舍去负数解，以

为两个磁敏传感器的间距。

由于两个磁敏传感器安装在不同位置，实际测量时两者的提离并不完全相等。设在巡检过程中提离的最大最小值分别是d_min和d_max，磁轭长度为l_y，认为两个磁敏传感器提离的最大差值以

为两个磁敏传感器提离不同对差分后信号的影响。D为磁敏传感器的灵敏度，K为采集电路的放大倍数。在实际巡检时，将转换为数字信号的电压的绝对值减去作为最终的测量结果。

设某系统a＝1mm、b＝1mm、d＝1mm、d_min＝0.5mm、d_max＝2mm、l_y＝500mm、v＝20m/s、μ＝7000，H_a＝500A/m、D×K＝0.01。

根据取s＝10000Hz，则k＝v/s＝2mm。根据式(6)得到l₀＝＝4.47mm，根据式(7)得到Out_i＝＝0.024v。即系统的采样速度为10000Hz，两个磁敏传感器间距为4.47mm，采样信号的绝对值减去0.012v作为最终的测量结果。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种抑制漏磁信号提离干扰的方法，其特征在于，采用漏磁检测探头、硬件差分电路和采集电路来抑制漏磁信号提离干扰，具体包含以下步骤：

步骤1)，采用漏磁检测探头将待测钢轨的漏磁信号转换为模拟电压信号，所述漏磁检测探头包含磁芯、激励线圈、以及若干对磁敏传感器，其中，所述激励线圈缠绕在磁芯上；所述若干对磁敏传感器设置在所述磁芯下方正中处，以成对方式布设在传感器探头移动方向上；

每对磁敏传感器之间的距离式中，2a为预设的最小缺陷宽度阈值，d为预设的巡检过程中提离的期望阈值，k＝v/s，v为漏磁检测探头的巡检速度，s为采集电路的采样速度；

步骤2)，通过硬件差分电路对传感器输出的模拟电压信号进行处理，初步滤除提离干扰；

步骤3)，通过采集电路将初步滤除提离干扰后的模拟信号转换为数字信号，所述采集电路的采样速度

2.根据权利要求1所述的抑制漏磁信号提离干扰的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

步骤4)，将转换为数字信号的电压的绝对值减去作为最终的测量结果：

式中，d_max和d_min是巡检过程中提离的最大最小值，l_y为磁芯长度；D为磁敏传感器的灵敏度，K为采集电路的放大倍数；b为预设的最小缺陷深度阈值，μ为待测钢轨的相对磁导率，H_a为激励线圈产生的磁场强度。