CN109738511A - 一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统与方法，属于无损检测领域。该方法包括：使用4Hz固定频率的磁场对测试系统进行激励；利用两个步进电机控制两个滑块在同步导轨上移动组成传动装置，从而使得固定在滑块上面的弱磁传感器能对整个试样表面进行扫描，并且利用数据采集模块实时对测量数据以及弱磁传感器的位置信息进行采集；利用数据处理与伪成像系统对数据采集模块采集到的数据进行带通滤波与伪图像化处理，以此达到对材料内部缺陷的检测与定位。本方法可以对复合材料内部的缺陷进行检测，由于其存在一个外部的稳定磁场激励，而且在数据处理时有一个利用凯瑟窗实现的带通滤波器，因此能够在实验环境存在较大干扰时使用。
Description
技术领域
本发明属于无损检测领域，具体涉及一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统与方法。
背景技术
随着技术与科技的发展，复合材料越来越多的运用在航天，信息，运输等领域。随着复合材料的广泛运用，一些问题也渐渐产生。在复合材料的制备过程中，可能受到制作工艺以及人为因素的限制，在其内部会存在一些缺陷。这些缺陷有些能用常规的无损检测手段检测到，如红外检测，超声检测，射线检测等。但在某些材料厚度较大，检测环境较复杂的场合，上述手段不能取得很好的检测结果，因此需要一些更有效，更准确的检测手段在这些场合下进行检测与缺陷的精确定位。
发明内容
本发明的目的是为了解决复合材料厚度过大，不便于使用红外检测，超声检测，射线检测等检测手段进行检测的问题，提供一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统与方法，该方法在减少外界磁场干扰的情况下能对缺陷进行准确的检测，并且能获得有关缺陷的二维图像，从而实现缺陷的精准定位，形成一种快速，准确的可视化自动检测。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统，所述的系统包括上位机、数据采集模块、传动装置、弱磁传感器；
所述的上位机包含有数据处理与伪成像系统和二维扫描与定位系统，二维扫描与定位系统通过传动装置控制弱磁传感器对待测试样进行扫描，弱磁传感器的信号单向传递给数据采集模块，数据采集模块的信号单向传递给数据处理与伪成像系统。
一种利用上述的基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：使用4Hz固定频率的磁场对测试系统进行激励；
步骤二：利用两个步进电机控制两个滑块在同步导轨上移动组成传动装置，从而使得固定在滑块上面的弱磁传感器能对整个试样表面进行扫描，并且利用数据采集模块实时对测量数据以及弱磁传感器的位置信息进行采集；
步骤三：利用数据处理与伪成像系统对数据采集模块采集到的数据进行带通滤波与伪图像化处理，以此达到对材料内部缺陷的检测与定位。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本方法可以对复合材料内部的缺陷进行检测，由于其存在一个外部的稳定磁场激励，而且在数据处理时有一个利用凯瑟窗实现的带通滤波器，因此能够在实验环境存在较大干扰时使用。此外，其对弱磁传感器位置以及弱磁传感器测量数据的同步记录能快速而有效的对最后得到的结果进行匹配然后进行伪图像处理。此外，整个系统最后输出的结果为一幅包含有缺陷位置和大小信息的图像，可以很好地实现自动化，可视化的无损检测，并且在系统中使用缺陷分析与检测算法可以快速的实现对材料内部缺陷的识别和定位。
附图说明
图1为本发明所述系统的示意图；
图2为本发明中传动装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统，如图1所示，所述的系统包括上位机、数据采集模块、传动装置、弱磁传感器；
所述的上位机包含有数据处理与伪成像系统和二维扫描与定位系统，二维扫描与定位系统通过传动装置控制弱磁传感器对待测试样进行扫描，弱磁传感器的信号单向传递给数据采集模块，数据采集模块的信号单向传递给数据处理与伪成像系统。采用4Hz固定频率的磁场对上述系统进行激励，所述的传动装置包括两个步进电机、两个滑块及两个同步导轨，如图2所示，滑块设置在导轨上，通过步进电机控制滑块在导轨上进行相对运动。
具体实施方式二：一种利用具体实施方式一所述的基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：使用4Hz固定频率的磁场对测试系统进行激励，该操作可以为整个测试环境提供一个稳定的磁场，削弱外界干扰；此磁场激励装置置于整体装置不远处即可；
步骤二：利用两个步进电机控制两个滑块在同步导轨上移动组成传动装置，从而使得固定在滑块上面的弱磁传感器能对整个试样表面进行扫描，并且利用数据采集模块实时对测量数据以及弱磁传感器的位置信息进行采集；利用固定好的弱磁传感器进行扫描检测，方便对整个待测式样表面进行无损检测；弱磁传感器为精度达到0.1nT的三轴磁通门传感器；
步进电机是由二维扫描与定位系统来控制的，通过上位机的指令，上位机传达测量指令后，系统先还原两个滑块在导轨上的初始位置，然后进行扫描测量。同时二维扫描与定位系统会同步记录两个滑块走动的距离x与y以此当作位置数据；
步骤三：利用数据处理与伪成像系统对数据采集模块采集到的数据进行带通滤波与伪图像化处理，以此达到对材料内部缺陷的检测与定位。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，步骤一中，具体的磁场通过以下方式形成：将两个磁感应线圈正交设置，同时对两个磁感应线圈通上10A交流电，即可在整个测试环境中产生一个在X，Y，Z三个轴向上都稳定的正弦磁场，也就是产生了一个空间中各个方向上磁场强度都相同的磁场，可确保测量的过程中总的磁场强度稳定。
具体实施方式四：具体实施方式二所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，步骤三中，进行带通滤波处理后，提取滤波后的磁场强度数据进行整合，之后利用整合后的数据与步骤二中采集的弱磁传感器位置信息进行融合与伪图像处理。
具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，利用凯瑟窗来作为带通滤波器对采集到的数据进行滤波，来得到滤掉干扰后的检测信号；
凯瑟窗的窗函数为：
其中，N为凯瑟窗的长度，I0为零阶的第一类修正贝索函数，α是任意非负实数，用来调整凯瑟窗的外形，n为0到N-1之间的正整数。
具体实施方式六：具体实施方式四所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，在伪图像化处理上，利用记录到的滑块走动距离x与y，以及对应位置检测到的信号滤波处理后的磁感应强度Bx,y来视为这一位置的数据信息，之后将这些数据信息通过线性变换转化为0～255的灰度值形成初始的灰度图像，再对图像进行伪彩色处理得到最后的检测结果。
使用外加磁场激励以及带通滤波器可使弱磁传感器采集到的数据更加准确，不会被外界的环境所干扰，能够进一步保证测量结果的准确性。传感器测量得到的数据通过带通滤波处理后得到一系列峰值变化的正弦信号，经过编写峰值检测程序能从这些数据中得到一组和距离x与y相对应的磁感应强度数据Bx,y。
对于处理得到的数据Bx,y，先对其进行归一化处理，公式为：
再将其进行灰度匹配，公式为：
其中max{Bx,y}为采集的磁感应强度数据中最大的数据，为经过归一化之后的数据，G(Bx,y)为灰度匹配后的灰度值。
最后对得到的灰度数据进行伪彩色处理，其原理为将每一个像素点的灰度值都分别对应到RGB的三个通道去，并且在最后将这三个通道的结果叠加起来就能得到一副伪彩色图像。此外还可以通过图像分割与图像识别技术对缺陷位置进行准确定位，以此来达到可视化，自动化的检测，大大提高检测精度。
Claims (6)
1.一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统，其特征在于：所述的系统包括上位机、数据采集模块、传动装置、弱磁传感器；
所述的上位机包含有数据处理与伪成像系统和二维扫描与定位系统，二维扫描与定位系统通过传动装置控制弱磁传感器对待测试样进行扫描，弱磁传感器的信号单向传递给数据采集模块，数据采集模块的信号单向传递给数据处理与伪成像系统。
2.一种利用权利要求1所述的基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
步骤一：使用4Hz固定频率的磁场对测试系统进行激励；
步骤二：利用两个步进电机控制两个滑块在同步导轨上移动组成传动装置，从而使得固定在滑块上面的弱磁传感器能对整个试样表面进行扫描，并且利用数据采集模块实时对测量数据以及弱磁传感器的位置信息进行采集；
步骤三：利用数据处理与伪成像系统对数据采集模块采集到的数据进行带通滤波与伪图像化处理，以此达到对材料内部缺陷的检测与定位。
3.根据权利要求2所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，其特征在于：步骤一中，具体的磁场通过以下方式形成：将两个磁感应线圈正交设置，同时对两个磁感应线圈通上10A交流电，即可在整个测试环境中产生一个在X，Y，Z三个轴向上都稳定的正弦磁场。
4.根据权利要求2所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，其特征在于：步骤三中，进行带通滤波处理后，提取滤波后的磁场强度数据进行整合，之后利用整合后的数据与步骤二中采集的弱磁传感器位置信息进行融合与伪图像处理。
5.根据权利要求4所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，其特征在于：利用凯瑟窗来作为带通滤波器对采集到的数据进行滤波，来得到滤掉干扰后的检测信号；
凯瑟窗的窗函数为：
其中，N为凯瑟窗的长度，I0为零阶的第一类修正贝索函数，α是任意非负实数，用来调整凯瑟窗的外形，n为0到N-1之间的正整数。
6.根据权利要求4所述的一种基于弱磁传感器的扫描无损检测系统进行扫描无损检测的方法，其特征在于：在伪图像化处理上，利用记录到的滑块走动距离x与y，以及对应位置检测到的信号滤波处理后的磁感应强度Bx,y，之后将这些数据信息通过线性变换转化为0～255的灰度值形成初始的灰度图像，再对图像进行伪彩色处理得到最后的检测结果。
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