CN112857197B - 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 (1)

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 FDA0003550900020000011
Figure FDA0003550900020000012
还包括步骤二：
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 FDA0003550900020000013
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；
还包括步骤六：
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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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115586245B (zh) * 2022-10-28 2023-07-25 南京航空航天大学 一种基于脉冲旋转电磁场铁磁性材料裂纹量化方法
CN115758084B (zh) * 2022-11-21 2023-11-14 清华大学 一种深度神经网络裂纹量化方法及装置、存储介质

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101261246A (zh) * 2007-03-09 2008-09-10 清华大学 管道裂纹远场涡流检测方法
CN101701934A (zh) * 2009-11-16 2010-05-05 中国石油大学(华东) Acfm缺陷智能可视化检测系统
CN101915803A (zh) * 2009-11-22 2010-12-15 王枫 三维立体旋转磁场非接触式磁粉探伤装置
CN103196989A (zh) * 2013-02-25 2013-07-10 中国石油大学(华东) 一种基于旋转磁场的acfm不同角度裂纹检测系统
CN104007171A (zh) * 2014-05-27 2014-08-27 中国石油大学(华东) 一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统
CN203949898U (zh) * 2014-07-09 2014-11-19 中国石油大学(华东) 一种基于交流电磁场的双u型阵列检测探头
WO2015029151A1 (ja) * 2013-08-28 2015-03-05 株式会社日立製作所 部分放電計測法およびそれを用いて検査した高電圧機器
CN105181788A (zh) * 2014-06-23 2015-12-23 王金鹤 一种无损检测结构表面裂纹工艺
CN106767368A (zh) * 2016-09-18 2017-05-31 中国石油大学(华东) 一种基于周向电场管道表面斜裂纹测量装置及方法
CN108918657A (zh) * 2018-07-24 2018-11-30 广东工业大学 一种工件缺陷检测系统
CN110230976A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 桂林理工大学 一种无损检测钢轨滚动接触疲劳裂纹扩展垂直深度的方法
CN110231394A (zh) * 2019-06-19 2019-09-13 中国石油大学(华东) 基于交流电磁场的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法
CN110319762A (zh) * 2019-06-18 2019-10-11 浙江大学宁波理工学院 混凝土桥梁的裂缝形态的测量装置和直角坐标系测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6784662B2 (en) * 2001-03-19 2004-08-31 Jentek Sensors, Inc. Eddy current sensor arrays having drive windings with extended portions
US10823701B2 (en) * 2017-11-13 2020-11-03 Exxonmobil Research And Engineering Company Methods and systems for nondestructive material inspection

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101261246A (zh) * 2007-03-09 2008-09-10 清华大学 管道裂纹远场涡流检测方法
CN101701934A (zh) * 2009-11-16 2010-05-05 中国石油大学(华东) Acfm缺陷智能可视化检测系统
CN101915803A (zh) * 2009-11-22 2010-12-15 王枫 三维立体旋转磁场非接触式磁粉探伤装置
CN103196989A (zh) * 2013-02-25 2013-07-10 中国石油大学(华东) 一种基于旋转磁场的acfm不同角度裂纹检测系统
WO2015029151A1 (ja) * 2013-08-28 2015-03-05 株式会社日立製作所 部分放電計測法およびそれを用いて検査した高電圧機器
CN104007171A (zh) * 2014-05-27 2014-08-27 中国石油大学(华东) 一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统
CN105181788A (zh) * 2014-06-23 2015-12-23 王金鹤 一种无损检测结构表面裂纹工艺
CN203949898U (zh) * 2014-07-09 2014-11-19 中国石油大学(华东) 一种基于交流电磁场的双u型阵列检测探头
CN106767368A (zh) * 2016-09-18 2017-05-31 中国石油大学(华东) 一种基于周向电场管道表面斜裂纹测量装置及方法
CN108918657A (zh) * 2018-07-24 2018-11-30 广东工业大学 一种工件缺陷检测系统
CN110230976A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 桂林理工大学 一种无损检测钢轨滚动接触疲劳裂纹扩展垂直深度的方法
CN110319762A (zh) * 2019-06-18 2019-10-11 浙江大学宁波理工学院 混凝土桥梁的裂缝形态的测量装置和直角坐标系测量方法
CN110231394A (zh) * 2019-06-19 2019-09-13 中国石油大学(华东) 基于交流电磁场的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Study on ACFM Crack Angle Detection with 1-D Array Probe;Li Wei;《2011 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA)》;20111231;全文 *
交变/旋转磁场下焊接缺陷磁光成像特征与识别方法研究;李彦峰;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》;20200315;全文 *
基于交流电磁场的缺陷智能可视化检测技术研究;李伟;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》;20080315;全文 *

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