CN112857197A - 一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，利用旋转电磁场阵列检测探头对非铁磁性材料被测区域进行扫查，获得Bx、By和Bz，首先计算出Bz信号2个峰值点之间的距离和角度，根据角度计算出平行于裂纹方向的磁场B，进而计算出磁场B的最大畸变率，利用已经训练好的人工神经网络计算出裂纹的长度和深度。本发明解决了目前旋转电磁场只采用Bz信号测量裂纹的尺寸，对不同方向的裂纹尺寸测量误差较大的难题，实现了不同方向裂纹尺寸的精准测量，为结构的安全评估提供了可靠的数据支撑，促进了旋转电磁场的推广应用。

Description

一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法
技术领域
本发明涉及无损检测信号处理领域，尤其涉及一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法。
背景技术
交流电磁场检测技术是一种新型电磁无损检测技术，具有非接触测量、量化精度高、提离和抖动不敏感、应用场合广泛等优点，目前已经被广泛应用于核电、航空航天等非铁磁性材料的检测。
但传统的交流电磁场检测技术具有方向性，即单次扫描，探头仅会对垂直于感应电场方向的裂纹有较高的检测灵敏度，而对其他走向裂纹检测灵敏度较低，甚至可能会出现漏检，这些问题将大大降低交流电磁场检测技术的可靠性和检测效率。针对常规交流电磁场检测技术的不足，旋转电磁场技术借助于正交激励，在工件的表面感应出旋转的电场，在保留交流电磁场检测技术优势的基础上，又保证了对各个方向的裂纹都具有较高的灵敏度。但是目前旋转电磁场检测技术，只采用Bz信号反演裂纹的尺寸信息，对不同方向的裂纹尺寸测量误差较大，影响对被测结构的安全评估，并且对旋转电磁场检测技术的推广和应用带来极大的困扰。
发明内容
本发明所要解决的问题是提出一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，实现了旋转电磁场裂纹尺寸的精准测量，为结构的安全评估提供有效的数据支撑，有利于旋转电磁场检测技术的推广应用。
本发明提供一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，其步骤包括：
步骤一，利用旋转电磁场阵列检测探头对非铁磁性材料被测区域进行扫查，探头扫查的方向为X方向，和X方向垂直并且和被测区域表面平行的方向为Y方向，垂直于被测区域表面的方向为Z方向，通过三轴磁场传感器得到3个方向的磁场矩阵分别为：
Figure BDA0003012608600000011
Figure BDA0003012608600000021
步骤二，取Bz矩阵的两个峰值点Bzab和Bzcd，计算两个峰值点之间的X方向的距离Dx＝(d-b)×L和Y方向的距离Dy＝(c-a)×K，其中所述L为检测探头扫查时X方向的步长，所述K为两个传感器之间的间距；
步骤三，计算两个峰值点的距离
Figure BDA0003012608600000022
和X方向的角度θ＝arctan(Dy/Dx)；
步骤四，计算平行于裂纹方向的磁场矩阵B＝Bx×cos(θ×π/180)+By×sin(θ×π/180)；
步骤五，计算裂纹引起的B磁场的畸变率ΔB＝(Bmax-B0)/B0×100％，其中Bmax为B磁场最大畸变值，B0为没有缺陷位置的磁场值；
步骤六，将D和ΔB输入到预先训练好的人工神经网络中，计算出裂纹的长度和深度，其中人工神经网络的训练数据为：利用旋转电磁场探头沿着X方向对多组不同长度和不同深度的裂纹进行扫查，裂纹的方向都沿着X方向，得到对应的Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，训练时人工神经网络的输入为Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，输出为裂纹的长度和深度。
本发明提供的一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，利用旋转电磁场阵列检测探头对非铁磁性材料被测区域进行扫查，获得Bx、By和Bz，首先计算出Bz信号两个峰值点之间的距离和角度，根据角度计算出平行于裂纹方向的磁场B，进而计算出磁场B的最大畸变率，进而利用已经训练好的人工神经网络计算出裂纹的长度和深度，解决了目前旋转电磁场只采用Bz信号反演裂纹的尺寸信息，对不同方向的裂纹尺寸测量误差较大的难题，提高了不同方向裂纹尺寸的测量精度，实现了不同方向裂纹的精准测量，为结构的安全评估提供可靠的数据支撑，促进了旋转电磁场的推广应用。
附图说明
图1为本申请实施例中非铁磁性材料裂纹尺寸测量流程图
图2为本申请实施例中Bx矩阵绘制的图像
图3为本申请实施例中By矩阵绘制的图像
图4为本申请实施例中Bz矩阵绘制的图像
图5为本申请实施例中B矩阵绘制的图像
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。
本发明提供一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，其步骤包括：
步骤一，利用旋转电磁场阵列检测探头对非铁磁性材料被测区域进行扫查，探头扫查的方向为X方向，和X方向垂直并且和被测区域表面平行的方向为Y方向，垂直于被测区域表面的方向为Z方向，通过三轴磁场传感器得到3个方向的磁场矩阵分别为：
Figure BDA0003012608600000031
Figure BDA0003012608600000032
通过Bx、By、Bz绘制的图像如图2、3、4所示；
步骤二，取Bz矩阵的两个峰值点Bz22-26和Bz39-56，检测探头扫查时X方向的步长L为0.25mm，两个传感器之间的间距K为0.25mm，计算两个峰值点之间的X方向的距离(39-22)×0.25＝4.25mm和Y方向的距离(56-26)×0.25＝7.5mm；
步骤三，计算两个峰值点的距离
Figure BDA0003012608600000033
和X方向的角度θ＝arctan(4.25/7.5)＝29.54°；
步骤四，计算平行于裂纹方向的磁场矩阵：B＝Bx×cos(29.54×π/180)+By×sin(29.54×π/180)，通过B绘制的图像如图5所示；
步骤五，计算裂纹引起的B磁场的畸变率ΔB＝(2.06-1.27)/1.27×100％＝62.2％，其中2.06为B磁场最大畸变值，1.27为没有缺陷位置的磁场值；
步骤六，将8.6和0.622输入到预先训练好的人工神经网络中，计算出裂纹的长度为9.8mm和深度为5.8mm，误差分别为2％和3％，相对于常规的裂纹测量方法，该方法计算结果更加精确；其中人工神经网络的训练数据为：利用旋转电磁场探头沿着X方向对多组不同长度和不同深度的裂纹进行扫查，裂纹的方向都沿着X方向，得到对应的Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，训练时人工神经网络的输入为Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，输出为裂纹的长度和深度。
以上具体实施方式，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，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (3)

1.本发明提供一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，其特征在于，包括步骤二：
取Bz矩阵的两个峰值点Bzab和Bzcd，计算两个峰值点之间的X方向的距离Dx＝(d-b)×L和Y方向的距离Dy＝(c-a)×K，其中所述L为检测探头扫查时X方向的步长，所述K为两个传感器之间的间距；
还包括步骤三：
计算两个峰值点的距离
Figure FDA0003012608590000011
和与X方向的角度θ＝arctan(Dy/Dx)；
还包括步骤四：
计算平行于裂纹方向的磁场矩阵B＝Bx×cos(θ×π/180)+By×sin(θ×π/180)；
还包括步骤五：
计算裂纹引起的B磁场的畸变率ΔB＝(Bmax-B0)/B0×100％，其中Bmax为B磁场最大畸变值，B0为没有缺陷位置的磁场值。
2.根据权利要求1所述的一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，其特征在于，包括步骤一：
利用旋转电磁场阵列检测探头对非铁磁性材料被测区域进行扫查，探头扫查的方向为X方向，和X方向垂直并且和被测区域表面平行的方向为Y方向，垂直于被测区域表面的方向为Z方向，通过三轴磁场传感器得到3个方向的磁场矩阵分别为：
Figure FDA0003012608590000012
Figure FDA0003012608590000013
3.根据权利要求1所述的一种旋转电磁场非铁磁性材料裂纹尺寸测量方法，其特征在于，包括步骤六：
将D和ΔB输入到预先训练好的人工神经网络中，计算出裂纹的长度和深度，其中人工神经网络的训练数据为：利用旋转电磁场探头沿着X方向对多组不同长度和不同深度的裂纹进行扫查，裂纹的方向都沿着X方向，得到对应的Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，训练时人工神经网络的输入为Bz两个峰值点的距离和Bx的畸变率，输出为裂纹的长度和深度。
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