CN109870500A - 一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法及系统，其特征在于，包括以下步骤：1)获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；2)计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；3)计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；4)根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；5)根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷，本发明可广泛用于无损检测信号处理领域中。

Description

一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法及系统

技术领域

本发明是关于一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法及系统，属于无损检测信号处理领域。

背景技术

交流电磁场检测方法是一种基于电磁感应原理，适用于导电材料检测的新兴无损检测方法，其利用检测探头在导电试件表面感应出的均匀电流进行导电材料缺陷的检测和评估。当不存在缺陷时，导电试件表面电流均匀无扰动；当存在缺陷时，导电试件表面电流将沿缺陷边缘发生偏转，进而引起缺陷上方的次感应磁场发生扰动。

现有技术中，利用交流电磁场检测方法对缺陷的有无进行判断时，均采用特征信号Bx和Bz或其组成的蝶形图进行判定，其中，特征信号Bx和Bz分别为平行于导电试件表面和垂直于导电试件表面的特征信号，该特征信号反应导电试件缺陷的有无。同时，由于交流电磁场检测方法的原理和特点，当不存在缺陷时，特征信号Bz稳定于某一数值，为一常数；当存在缺陷时，特征信号Bz出现连续的正反峰值。但是，在进行缺陷检测时，受外界因素(探头提离扰动、检测速度、被检测物表面粗糙度等)以及探头做工方面的影响，很容易由于各类噪声信号的影响，造成对缺陷的误判或漏检，且不容易实现缺陷的自动在线判定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在复杂噪声信号下提高缺陷实时判别能力的基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；2)计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；3)计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；4)根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；5)根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷。

进一步，所述步骤4)的具体过程为：4.1)根据第一积分信号的峰值，设定第二积分信号；4.2)根据第二积分信号，设定第三积分信号；4.3)根据平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算第三积分信号的响应信号。

进一步，所述步骤4.1)的具体过程为：判断第一积分信号S_Bz的峰值P_s是否大于0，如果峰值P_s大于0，则设定第二积分信号S_Bz1＝S_Bz；如果峰值P_s小于等于0，则设定第二积分信号S_Bz1＝S_Bz*-1。

进一步，所述步骤4.2)的具体过程为：判断第二积分信号S_Bz1的每一数值是否均大于0，如果第二积分信号S_Bz1的每一数值均大于0，则设定第三积分信号S_Bz2＝S_Bz1；如果第二积分信号S_Bz1的每一数值均小于等于0，则设定第三积分信号S_Bz2＝S_Bz1*M，其中，M为衰减倍数，且0＜M＜1。

进一步，所述第三积分信号的响应信号为：

B＝S_Bz2*|Bx-Bx₀|

式中，B为第三积分信号S_Bz2的响应信号，Bx为平行于导电试件表面的特征信号，Bx₀为平行于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号。

进一步，所述步骤5)的具体过程为：根据导电试件表面裂纹的大小，预先设定报警阈值；判断响应信号的峰值是否大于等于报警阈值，如果响应信号的峰值大于等于报警阈值，则导电试件表面存在缺陷；如果响应信号的峰值小于报警阈值，则导电试件表面不存在缺陷。

进一步，所述垂直于导电试件表面的特征信号为交流电磁场检测探头沿裂纹方向扫描并输出得到的特征信号；所述垂直于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号为交流电磁场检测探头在检测导电试件表面无缺陷位置处的背景磁场值常数；所述平行于导电试件表面的特征信号为交流电磁场检测探头沿导电试件表面裂纹方向扫描并输出得到的特征信号；所述平行于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号为交流电磁场检测探头在检测无缺陷位置处的背景磁场值常数。

一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别系统，其特征在于，包括：信号获取模块，用于获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；第一积分信号计算模块，用于计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；绝对值计算模块，用于计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；响应信号计算模块，用于根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；缺陷判断模块，用于根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷。

进一步，所述响应信号计算模块包括：第二积分信号设定单元，用于根据第一积分信号的峰值，设定第二积分信号；第三积分信号设定单元，用于根据第二积分信号，设定第三积分信号；响应信号计算单元，用于根据平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算第三积分信号的响应信号。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明利用垂直于导电试件表面的特征信号Bz对噪声或检测探头提离不敏感的特性，求取特征信号Bz关于检测探头位置的积分并乘以平行于导电试件表面的特征信号Bx的畸变量，大大提高特征信号的稳定性和抗干扰性，提高交流电磁场检测中在复杂干扰信号下的缺陷实时判别能力。2、本发明采用因检测探头扫查方向的不同造成特征信号Bz会出现先波峰后波谷和先波谷后波峰的两种情况，对特征信号Bz求积分并进行处理后得到积分信号的响应信号，与原始的特征信号Bz相比，经本发明方法处理后得到的响应信号的幅值大大增加，使缺陷特征信号更加明显，提高缺陷实时判别能力。3、由于特征信号Bz与特征信号Bx相比，特征信号Bz对检测探头提离、噪声等干扰信号具有更高的鲁棒性和抗干扰能力，因此，选择特征信号Bz作为积分运算的对象。经过实验和仿真分析，特征信号Bz正负峰值的中心位置恰好对准特征信号Bx的波谷最低位置，当求取特征信号Bz关于探头位置的积分时，积分信号的峰值位置为该特征信号Bz正负峰值的中心位置，因此借助积分信号与特征信号Bx波谷的幅度乘积，可极大提高缺陷的响应信号，更容易实现缺陷的识别与判定，可以广泛应用于无损检测信号处理领域中。

附图说明

图1是本发明缺陷实时判别方法的流程图；

图2是本发明实施例1中特征信号Bx和Bz的信号波形图；

图3是本发明实施例1中特征信号Bx和Bz减去对应背景磁场信号Bx₀和Bz₀的信号波形图；

图4是对图3中的特征信号Bz求积分后的积分信号波形图；

图5是对图4中的积分信号乘以-1并对小于0的数值乘以0.1进行衰减后的信号波形图；

图6是本发明实施例1中响应信号B与图5中积分信号的对比图；

图7是本发明实施例2中特征信号Bx和Bz减去对应背景磁场信号Bx₀和Bz₀的信号波形图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，包括以下步骤：

1)实时获取导电试件表面的特征信号，其中，导电试件表面的特征信号包括平行于导电试件表面的特征信号Bx和垂直于导电试件表面的特征信号Bz，以及导电试件表面未出现缺陷位置时特征信号Bx和Bz对应的背景磁场信号Bx₀和Bz₀。

特征信号Bx、Bz和对应的背景磁场信号Bx₀、Bz₀均为交流电磁场检测探头扫描并输出得到的单通道缺陷特征信号，其中，实时获取的垂直于导电试件表面的特征信号Bz和对应的背景磁场信号Bz₀分别为交流电磁场检测探头沿裂纹方向扫描并输出得到的特征信号和交流电磁场检测探头在检测导电试件表面无缺陷位置处的背景磁场值常数。实时获取的平行于导电试件表面的特征信号Bx与对应的背景磁场信号Bx₀分别为交流电磁场检测探头沿导电试件表面裂纹方向扫描并输出得到的特征信号和交流电磁场检测探头在检测无缺陷位置处的背景磁场值常数。

2)计算特征信号Bz和对应背景磁场信号Bz₀之间的积分信号，并绘制积分S_Bz的曲线图，并获取积分信号S_Bz的峰值P_s，其中，积分信号S_Bz为：

S_Bz＝∫(Bz-Bz₀) (1)

3)计算平行于导电试件表面的特征信号Bx与对应背景磁场信号Bx₀差值的绝对值|Bx-Bx₀|。

4)判断积分信号S_Bz的峰值P_s是否大于0，如果峰值P_s大于0，则设定积分信号S_Bz1＝S_Bz，进入步骤5)；如果峰值P_s小于等于0，则设定积分信号S_Bz1＝S_Bz*-1，进入步骤5)。积分信号S_Bz1是将积分信号S_Bz变为正峰值，判定积分信号S_Bz是否为正峰值，若为正峰值，则不处理；若峰值小于0，则将积分信号S_Bz乘以-1，最后形成均为正峰值的S_Bz1。

5)逐一判断积分信号S_Bz1的每一数值是否均大于0，如果积分信号S_Bz1的每一数值均大于0，则设定积分信号S_Bz2＝S_Bz1，进入步骤6)；如果积分信号S_Bz1的每一数值均小于等于0，则设定积分信号S_Bz2＝S_Bz1*M，进入步骤6)，其中，M为衰减倍数，且0＜M＜1，以将积分信号S_Bz1中小于0的数值衰减。虽然S_Bz1已经在步骤4)中变为正峰值，但是其中还可能存在负数，积分信号S_Bz2是逐点判积分信号S_Bz1中是否存在负数，若均为正数，则不处理；若存在负数，则尽可能衰减，系数M就是小于1的衰减倍数。

6)根据平行于导电试件表面的特征信号Bx与对应背景磁场信号Bx₀差值的绝对值|Bx-Bx₀|，计算积分信号S_Bz2的响应信号B：

B＝S_Bz2*|Bx-Bx₀| (2)

7)根据响应信号B的峰值和预设的报警阈值N，判断导电试件表面是否存在缺陷，具体为：

7.1)根据导电试件表面裂纹的大小，预先设定报警阈值N。

7.2)判断响应信号B的峰值是否大于等于报警阈值N，如果响应信号B的峰值大于等于报警阈值N，则导电试件表面存在缺陷；如果响应信号B的峰值小于报警阈值N，则导电试件表面不存在缺陷。

根据交流电磁场检测原理，特征信号Bz有可能先出现波峰后出现波谷或先出现波谷后出现波峰，积分信号S_Bz有可能出现正峰值或负峰值。因此，对积分信号S_Bz的峰值进行预判定，获取S_Bz的峰值P_s，并进行上述步骤4)的处理，以保证响应信号B最终都出现正峰值。当导电试件表面不存在缺陷时，特征信号Bz的畸变幅度基本为0，则特征信号Bz减去其对应的背景磁场信号Bz₀的积分值基本不变，且特征信号Bx的畸变幅度|Bx-Bx₀|基本为0，则响应信号B基本为0。综上可以看出，响应信号B在裂纹区的幅值得到极大提高，在裂纹未出现时，响应信号B基本为0，可借助预设的阈值N对缺陷进行判定，大大提高了缺陷判定的信噪比，减少误判或漏检，实现缺陷实时在线判定。

下面通过具体实施例详细说明本发明的基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法：

如图2所示，实施例1给出了特征信号Bz先出现波谷后出现波峰的信号波形，其中，通过Bz-Bz₀和Bx-Bx₀运算后的曲线图如图3所示，通过S_Bz＝∫(Bz-Bz₀)求积分运算后得到的积分信号S_Bz的曲线图如图4所示。特征信号Bz的另一种情形实施例2为特征信号Bz先出现波峰后出现波谷，其中，通过Bz-Bz₀和Bx-Bx₀运算后的曲线图如图7所示。实施例1中对特征信号Bz先出现波谷后出现波峰的情形进一步做算法验证，图4中的波形出现小于0的峰值，这正是由于特征信号Bz先出现波谷后出现波峰这一特征，通过步骤4)处理后得到的积分信号的波形如图5所示，最后通过步骤5)～6)处理后得到如图6所示的波形图，图6的纵坐标可以看出，响应信号B的幅值为12000，图5中纵坐标积分信号的峰值P_s为300，表明采用本发明方法，使得特征信号的响应大大增加，有利于判定缺陷的存在，减少误判。其中，步骤4)中的数值M取值为0.1。对比如图2所示的原始特征信号Bz与如图5所示的经步骤4)处理后处理后的积分信号可知，经步骤4)处理后处理后的积分信号的幅值大幅提升，使缺陷进一步容易识别判定。进一步，对比如图5所示的积分信号与经步骤5)～6)处理后得到的响应信号B可知，经步骤5)～6)处理后的响应信号B幅值更进一步放大，使得缺陷更加明显。最后，对经步骤5)～6)处理后得到的响应信号B设定一个报警阈值N，本实施例中，报警阀值N设定为5000，可以实现缺陷的识别与判定，并判定导电试件表面是否存在缺陷。

基于上述基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，本发明还提供一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别系统，包括：

信号获取模块，用于获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；第一积分信号计算模块，用于计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；绝对值计算模块，用于计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；响应信号计算模块，用于根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；缺陷判断模块，用于根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷。

在一个优选的实施例中，响应信号计算模块包括：第二积分信号设定单元，用于根据第一积分信号的峰值，设定第二积分信号；第三积分信号设定单元，用于根据第二积分信号，设定第三积分信号；响应信号计算单元，用于根据平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算第三积分信号的响应信号。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；

2)计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；

3)计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；

4)根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；

5)根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷。

2.如权利要求1所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述步骤4)的具体过程为：

4.1)根据第一积分信号的峰值，设定第二积分信号；

4.2)根据第二积分信号，设定第三积分信号；

4.3)根据平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算第三积分信号的响应信号。

3.如权利要求2所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述步骤4.1)的具体过程为：

判断第一积分信号S_Bz的峰值P_s是否大于0，如果峰值P_s大于0，则设定第二积分信号S_Bz1＝S_Bz；

如果峰值P_s小于等于0，则设定第二积分信号S_Bz1＝S_Bz*-1。

4.如权利要求3所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述步骤4.2)的具体过程为：

判断第二积分信号S_Bz1的每一数值是否均大于0，如果第二积分信号S_Bz1的每一数值均大于0，则设定第三积分信号S_Bz2＝S_Bz1；

如果第二积分信号S_Bz1的每一数值均小于等于0，则设定第三积分信号S_Bz2＝S_Bz1*M，其中，M为衰减倍数，且0＜M＜1。

5.如权利要求4所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述第三积分信号的响应信号为：

B＝S_Bz2*|Bx-Bx₀|

式中，B为第三积分信号S_Bz2的响应信号，Bx为平行于导电试件表面的特征信号，Bx₀为平行于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号。

6.如权利要求1所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述步骤5)的具体过程为：

根据导电试件表面裂纹的大小，预先设定报警阈值；

判断响应信号的峰值是否大于等于报警阈值，如果响应信号的峰值大于等于报警阈值，则导电试件表面存在缺陷；

如果响应信号的峰值小于报警阈值，则导电试件表面不存在缺陷。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别方法，其特征在于，所述垂直于导电试件表面的特征信号为交流电磁场检测探头沿裂纹方向扫描并输出得到的特征信号；

所述垂直于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号为交流电磁场检测探头在检测导电试件表面无缺陷位置处的背景磁场值常数；

所述平行于导电试件表面的特征信号为交流电磁场检测探头沿导电试件表面裂纹方向扫描并输出得到的特征信号；

所述平行于导电试件表面的特征信号对应的背景磁场信号为交流电磁场检测探头在检测无缺陷位置处的背景磁场值常数。

8.一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别系统，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取平行于导电试件表面的特征信号和垂直于导电试件表面的特征信号，以及导电试件表面未出现缺陷位置时各特征信号对应的背景磁场信号；

第一积分信号计算模块，用于计算垂直于导电试件表面的特征信号和对应背景磁场信号之间的第一积分信号；

绝对值计算模块，用于计算平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号之间差值的绝对值；

响应信号计算模块，用于根据第一积分信号的峰值以及平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算响应信号；

缺陷判断模块，用于根据响应信号的峰值和预设的报警阈值，判断导电试件表面是否存在缺陷。

9.如权利要求8所述的一种基于交流电磁场检测的缺陷实时判别系统，其特征在于，所述响应信号计算模块包括：

第二积分信号设定单元，用于根据第一积分信号的峰值，设定第二积分信号；

第三积分信号设定单元，用于根据第二积分信号，设定第三积分信号；

响应信号计算单元，用于根据平行于导电试件表面的特征信号与对应背景磁场信号差值的绝对值，计算第三积分信号的响应信号。