CN112630294B - 基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置 - Google Patents

基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置 Download PDF

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CN112630294B CN202011437251.8A CN202011437251A CN112630294B CN 112630294 B CN112630294 B CN 112630294B CN 202011437251 A CN202011437251 A CN 202011437251A CN 112630294 B CN112630294 B CN 112630294B
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Abstract

本申请提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置，涉及无损检测技术领域，其中，方法包括：控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。

Description

基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置
技术领域
本申请涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置。
背景技术
涡流检测技术具有检测设备体积小、检测灵活、灵敏度高、与被测物体无需接触等优点。广泛的应用于钢材表面及近表面的缺陷检测，通过向磁化线圈通入不同形式的激励信号，可以检测表面和近表面的腐蚀和裂纹等缺陷，涡流检测在无损检测领域扮演着重要的角色。
传统的涡流检测磁化线圈轴线与被测物体表面垂直，当在磁化线圈中通入交变的电流，会在被测结构件中感生出涡状电流，但由于受到集肤效应的约束，感生的涡状电流密度会随着深度呈指数衰减，从而很难实现对较深的缺陷进行检测。多频涡流检测虽然可以检测不同深度的缺陷，但是要想实现对缺陷进行层析检测，需要很多单频激励分别检测，设备复杂，检测耗时；脉冲涡流虽然含有丰富的频率成分，但是很难控制各频率成分的幅值，从而不能实现对各层缺陷的同灵敏度检测。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，通过在多对磁化线圈中通入初始相位不同的Chirp信号，经过磁场的矢量合成，在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场。由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测。采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。
本申请的第二个目的在于提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，包括：
控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；
磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；
所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
在本申请的一个实施例中，所述控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场，包括：
信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在所述被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场。
在本申请的一个实施例中，磁化装置由磁轭和磁化线圈组成；磁轭为一体化结构，上部为圆饼状结构，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的偶数个圆柱形磁轭，磁轭材料包括但不限定为软磁铁氧体、软磁合金；
所述磁化线圈缠绕在圆柱形磁轭上，各个磁化线圈的高度位置、尺寸、缠绕方向和匝数均相同，关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，一路Chirp信号经过功率放大器输出作为所述磁化线圈的激励信号；
所述多对磁化线圈通入初始相位不同的多个激励信号，在所述被测结构件内产生无极变频旋转磁场。
在本申请的一个实施例中，所述激励信号为：
Figure BDA0002821234240000021
Figure BDA0002821234240000022
Figure BDA0002821234240000023
Figure BDA0002821234240000024
其中，Xi(t)为第i路的Chirp激励信号，A为功率放大器放大倍数，W(t)为矩形窗函数，
Figure BDA0002821234240000025
为初始相位，μ为被测结构件的磁导率，σ为被测结构件的电导率，hmin为t＝0时刻的集肤深度，hmax为t＝T时刻的集肤深度，f(t)为瞬态频率。
在本申请的一个实施例中，所述磁传感阵列位于所述磁化装置的正中间下方与所述被测结构件表面平行；其中，磁传感器包括但不限定为隧道磁电阻TMR、巨磁电阻GMR和线圈中的一种或者多种。
在本申请的一个实施例中，所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果，包括：
所述数据分析模块对所述磁场数据进行解耦；其中，解耦原则为合成磁场方向相同、激励信号频率不同下采集的磁场信号为一个数据序列，对序列进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
在本申请的一个实施例中，所述解耦公式为：
Figure BDA0002821234240000031
其中，ΔB(hθ,j)为合成磁场方向与x轴成θ角度时，集肤深度hθ,j处的缺陷层析信号，
Figure BDA0002821234240000032
σ为被测结构件的电导率，μ为被测结构件的磁导率，fθ,i为合成磁场方向与x轴成θ角度时的第i个频率，B(fθ,i)为频率等于fθ,i时磁传感器阵列采集的磁场数据，Ki为权重系数，H(fθ,i)为解耦系数矩阵，S(θ)为坐标变换矩阵。
在本申请的一个实施例中，将检测装置水平放置于所述待测结构件表面无缺陷处获取所述解耦系数矩阵。
本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，通过控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，包括：
信号发生模块，用于控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；
数据采集模块，用于磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；
数据分析模块，用于所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
在本申请的一个实施例中，所述信号发生模块由Chirp信号发生单元、移相单元及功率放大单元构成；
所述数据采集模块由传感器阵列及数据采集单元组成，所述磁传感阵列包括但不限制于线圈、TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)、GMR(GiantMagnetoResistance，巨磁电阻)；所述数据采集单元由FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)、微型单片机组合构成；
所述数据分析模块由数据采集卡、存储介质、数据分析软件构成。
本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，通过控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例一所提供的一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法的流程示意图；
图2是本申请实施例中三对线圈通入的Chirp信号；
图3是本申请实施例基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置磁化部分的结构示意图；
图4是本申请实施例基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法的合成磁场示意图；
图5是本申请实施例基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法步骤3中信号解耦坐标变换示意图；
图6为本申请实施例提供的一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置的系统框架图；
图7是本申请实施例基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测系统信号发生模块框架图；
图8是本申请实施例基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测某一缺陷的层析结果。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置。
图1为本申请实施例一所提供的一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法的流程示意图。
如图1所示，该基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法包括以下步骤：
步骤101，控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场。
在本申请实施例中，信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场，将检测装置水平放置于被测结构件表面，磁化线圈通入激励电流。
在本申请实施例中，磁化装置由磁轭和磁化线圈组成；磁轭为一体化结构，上部为圆饼状结构，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的偶数个圆柱形磁轭，磁轭材料包括但不限定为软磁铁氧体、软磁合金；磁化线圈缠绕在圆柱形磁轭上，各个磁化线圈的高度位置、尺寸、缠绕方向和匝数均相同，关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，通入一路Chirp信号经过功率放大器输出作为磁化线圈的激励信号；多对磁化线圈通入初始相位不同的多个激励信号，在被测结构件内产生无极变频旋转磁场。
在本申请实施例中，激励信号为：
Figure BDA0002821234240000051
Figure BDA0002821234240000052
Figure BDA0002821234240000053
Figure BDA0002821234240000054
其中，Xi(t)为第i路的Chirp激励信号，A为功率放大器放大倍数，W(t)为矩形窗函数，
Figure BDA0002821234240000055
为初始相位，μ为被测结构件的磁导率，σ为被测结构件的电导率，hmin为t＝0时刻的集肤深度，hmax为t＝T时刻的集肤深度，f(t)为瞬态频率。
在本申请实施例中，磁传感阵列位于所述磁化装置的正中间下方与所述被测结构件表面平行；其中，磁传感器包括但不限定为隧道磁电阻TMR、巨磁电阻GMR和线圈中的一种或者多种。
在本申请实施例中，
步骤102，磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块。
在本申请实施例中，磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场信号，采集的三轴磁场数据实时发送给数据分析模块
步骤103，数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。
在本申请实施例中，数据分析模块对所述磁场数据进行解耦；其中，解耦原则为合成磁场方向相同、激励信号频率不同下采集的磁场信号为一个数据序列，对序列进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
在本申请实施例中，解耦公式为：
Figure BDA0002821234240000061
其中，ΔB(hθ,j)为合成磁场方向与x轴成θ角度时，集肤深度hθ,j处的缺陷层析信号，
Figure BDA0002821234240000062
σ为被测结构件的电导率，μ为被测结构件的磁导率，fθ,i为合成磁场方向与x轴成θ角度时的第i个频率，B(fθ,i)为频率等于fθ,i时磁传感器阵列采集的磁场数据，Ki为权重系数，H(fθ,i)为解耦系数矩阵，S(θ)为坐标变换矩阵。
其中，坐标变换矩阵将传感器采集到的三轴磁场数据转化到新的笛卡尔坐标系下。新的坐标系y轴正方向与合成磁场方向一致；解耦系数矩阵将合成磁场方向相同但频率不同的信号转化到同一尺度，从而可以相互解耦。
在本申请实施例中，将检测装置水平放置于所述待测结构件表面无缺陷处获取解耦系数矩阵，将检测装置水平放置于被测结构件表面无缺陷处，通过联合各个时刻下采集的磁场数据，计算出任意合成磁场方向的解耦系数矩阵。
举例而言，选取三对线圈的磁化结构，被测结构件为铝板，铝板长200mm、宽200mm、厚8mm。
具体地，成对的控制磁化线圈激励信号，分别向三对线圈通入相角差为120°的Chirp信号，在铝板内部产生无极变频旋转磁场，信号发生模块产生3路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，产生无极变频的旋转磁场。
具体地，信号发生模块产生Chirp信号，该Chirp信号经过移相产生相位差为120°的3路Chirp信号，波形如图2所示，各路信号经过功率放大器后输出作为磁化线圈的激励信号。3路信号表达式如下：
XA(t)＝200×W(t)×sin(0°+Φ(t))mA
XB(t)＝200×W(t)×sin(120°+Φ(t))mA
XC(t)＝200×W(t)×sin(-120°+Φ(t))mA
Figure BDA0002821234240000071
Figure BDA0002821234240000072
其中，hmax＝4mm，hmin＝1mm,μ、σ分别为铝板的磁导率和电导率，瞬态频率
Figure BDA0002821234240000073
磁化装置如图3所示，由磁轭和磁化线圈组成。磁轭为一体化结构，上部为圆饼状磁轭21，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的圆柱形磁轭22，磁轭材料选择铁氧体。圆柱形磁轭数目为6，磁化线圈23数目与磁轭数目相同，每个圆柱形磁轭22上缠绕一个磁化线圈23，各个线圈处于同一高度。关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，通入一路Chirp信号。其中，所有的磁化线圈尺寸、缠绕方向和匝数相同。
如图4所示，第一对磁化线圈201(A1，A2),第二对磁化线圈202(B1，B2),第三对磁化线圈203(C1，C2)分别通入激励信号XA(t)，XB(t)，XC(t)。矢量合成磁场为
Figure BDA0002821234240000076
与固定在磁化器上的笛卡尔坐标系x轴所成角度为θ，旋转方向为逆时针。
将检测装置水平放置于铝板表面无缺陷处获取解耦系数矩阵；当磁场旋转时，在每个0～360°范围内。当θ＝[0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°,360°]时,传感器阵列采集磁场数据。完成扫描后，在对应的角度上可得磁场数据阵列为Bm×n×s,其中m、n、s分别为传感器阵列的行数、列数以及磁场旋转的圈数。利用解耦算法，可得到特定方向上的解耦系数矩阵H。
具体地，磁传感阵列按照等旋转角度原则采集导铝板表面的磁场信号，当θ＝[0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°,360°]时采集数据，并实时传送到数据分析模块。
数据分析模块对采集的磁场数据进行解耦，解耦原则为：合成磁场方向相同、激励信号频率不同下采集的磁场信号为一个数据序列，对序列进行联合解耦，方式如下：
Figure BDA0002821234240000074
式中，ΔB(hθ,j)为合成磁场方向与x轴成θ角度时，集肤深度hθ,j处的缺陷层析信号。其中
Figure BDA0002821234240000075
σ为材料的电导率，μ为材料的磁导率。fθ,j为合成磁场方向与x轴成θ角度时的第i个频率，B(fθ,i)为频率为fθ,i时磁传感器阵列采集的磁场数据，Ki为权重系数。
H(fθ,i)为系数转换矩阵，其将合成磁场方向相同但频率不同的信号转化到同一尺度，从而可以相互解耦。
S(θ)为坐标变换矩阵，其将传感器采集到的三轴磁场数据转化到新的笛卡尔坐标系下。新的坐标系y轴正方向与合成磁场方向一致。其中，如图5所示信号解耦坐标变换。
由此，检测方法获取的缺陷信息更加丰富，通过对被测结构件的各深度进行层析检测，可以实现对更加复杂形状的缺陷进行检测，缺陷量化更加精确。
本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置。
图6为本申请实施例提供的一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置的结构示意图。
如图6所示，该基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置包括：信号发生模块10、数据采集模块30和数据分析模块40。
信号发生模块10，用于控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场。
数据采集模块30，用于磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块。
数据分析模块40，用于所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
在本申请实施例中，信号发生模块10由Chirp信号发生单元、移相单元及功率放大单元构成；数据采集模块30由传感器阵列及数据采集单元组成，磁传感阵列包括但不限制于线圈、TMR、GMR；所述数据采集单元由FPGA、DSP、微型单片机组合构成；数据分析模块40由数据采集卡、存储介质、数据分析软件构成。
如图7所示，信号发生模块10由Chirp信号发生单元、移相单元及功率放大单元构成。产生的多路Chirp信号分别通入成对的磁化线圈。
数据采集模块30由传感器阵列31及数据采集单元32组成。此处，磁传感阵列采用TMR三轴传感器，传感器间距为0.5mm,传感器数目为441个。数据采集单元由FPGA、DSP、微型单片机组合构成。
数据分析模块40由数据采集卡、存储介质、数据分析软件构成。
本申请实施例中缺陷为长40mm、宽2mm、深2mm的内部裂缝缺陷，缺陷距离铝板表面1mm。图8为深度为1.5mm处的缺陷层析灰度图，对各层缺陷图像进行空间插值处理，可以得到缺陷的三维轮廓，以及缺陷走势。
由此，获取的缺陷信息更加丰富，通过对被测结构件的各深度进行层析检测，可以实现对更加复杂形状的缺陷进行检测，缺陷量化更加精确。
本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，通过控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。
需要说明的是，前述对基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，此处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场，其中，信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在所述被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场；
磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；
所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
2.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，磁化装置由磁轭和磁化线圈组成；磁轭为一体化结构，上部为圆饼状结构，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的偶数个圆柱形磁轭，磁轭材料包括但不限定为软磁铁氧体、软磁合金；
所述磁化线圈缠绕在圆柱形磁轭上，各个磁化线圈的高度位置、尺寸、缠绕方向和匝数均相同，关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，一路Chirp信号经过功率放大器输出作为所述磁化线圈的激励信号；
所述多对磁化线圈通入初始相位不同的多个激励信号，在所述被测结构件内产生无极变频旋转磁场。
3.如权利要求2所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，
所述激励信号为：
Figure FDA0003828052240000011
Figure FDA0003828052240000012
Figure FDA0003828052240000013
Figure FDA0003828052240000014
其中，Xi(t)为第i路的Chirp激励信号，A为功率放大器放大倍数，W(t)为矩形窗函数，
Figure FDA0003828052240000015
为初始相位，μ为被测结构件的磁导率，σ为被测结构件的电导率，hmin为t＝0时刻的集肤深度，hmax为t＝T时刻的集肤深度，f(t)为瞬态频率。
4.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，
所述磁传感阵列位于所述磁化装置的正中间下方与所述被测结构件表面平行；其中，磁传感器包括但不限定为隧道磁电阻TMR、巨磁电阻GMR和线圈中的一种或者多种。
5.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果，包括：
所述数据分析模块对所述磁场数据进行解耦；其中，解耦原则为合成磁场方向相同、激励信号频率不同下采集的磁场信号为一个数据序列，对序列进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
6.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，所述解耦的公式为：
Figure FDA0003828052240000021
其中，ΔB(hθ,j)为合成磁场方向与x轴成θ角度时，集肤深度hθ,j处的缺陷层析信号，
Figure FDA0003828052240000022
σ为被测结构件的电导率，μ为被测结构件的磁导率，fθ,i为合成磁场方向与x轴成θ角度时的第i个频率，B(fθ,i)为频率等于fθ,i时磁传感器阵列采集的磁场数据，Ki为权重系数，H(fθ,i)为解耦系数矩阵，S(θ)为坐标变换矩阵。
7.如权利要求6所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，
将检测装置水平放置于被测结构件表面无缺陷处获取所述解耦系数矩阵。
8.一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，其特征在于，所述装置包括：
信号发生模块，用于控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场，其中，信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在所述被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场；
数据采集模块，用于磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；
数据分析模块，用于所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。
9.如权利要求8所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，其特征在于，
所述信号发生模块由Chirp信号发生单元、移相单元及功率放大单元构成；
所述数据采集模块由传感器阵列及数据采集单元组成，所述磁传感阵列包括但不限制于线圈、TMR、GMR；所述数据采集单元由FPGA、DSP、微型单片机组合构成；
所述数据分析模块由数据采集卡、存储介质、数据分析软件构成。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114204283B (zh) * 2021-12-08 2024-06-11 清华大学 一种基于解耦矩阵的去耦合方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377040B1 (en) * 1998-07-24 2002-04-23 Pruftechnik Dieter Busch Ag Eddy current probe and process for checking the edges of metal articles
JP2003050234A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Marktec Corp 渦流探傷試験装置
JP2003050233A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Marktec Corp 渦流探傷試験方法及び渦流探傷試験装置
CN104655718A (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 河南省锅炉压力容器安全检测研究院 一种基于霍尔传感器阵列的电磁探伤方法及系统
CN108828059A (zh) * 2018-06-29 2018-11-16 清华大学 电磁多场耦合缺陷综合检测评价方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7368907B2 (en) * 2006-07-18 2008-05-06 United Technologies Corporation Omni-directional electric current perturbation probe
BR112017025842B1 (pt) * 2015-06-25 2021-06-08 Sintokogio, Ltd. aparelho e método de avaliação de características de superfície
CN105005083A (zh) * 2015-07-24 2015-10-28 广州彩磁信息技术有限公司 基于共轭电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法
CN106596712B (zh) * 2016-11-22 2017-11-28 西安交通大学 一种基于缺陷深度的选频带脉冲涡流无损检测方法
US10746698B2 (en) * 2017-01-31 2020-08-18 Exxam Systems, LLC Eddy current pipeline inspection using swept frequency

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377040B1 (en) * 1998-07-24 2002-04-23 Pruftechnik Dieter Busch Ag Eddy current probe and process for checking the edges of metal articles
JP2003050234A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Marktec Corp 渦流探傷試験装置
JP2003050233A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Marktec Corp 渦流探傷試験方法及び渦流探傷試験装置
CN104655718A (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 河南省锅炉压力容器安全检测研究院 一种基于霍尔传感器阵列的电磁探伤方法及系统
CN108828059A (zh) * 2018-06-29 2018-11-16 清华大学 电磁多场耦合缺陷综合检测评价方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An experimental comparison of multi-frequency and chirp excitations for eddy current testing on thin defects;Giovanni Betta, et al.;《Measurement》;20141215;第63卷;第207-220页 *
基于调频激励和细化谱分析的多频涡流检测技术研究;高军哲等;《仪器仪表学报》;20111130;第32卷(第11期);第2628-2633页 *

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