CN113030243A - 面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法及系统，通过高精度漏磁检测装置调节被测地上钢结构件中的磁化方向，采集钢结构件在不同磁化方向下的漏磁检测信号，再根据漏磁检测信号的不同类型，对经直流滤波处理和归一化处理后的漏磁检测信号进行信号合成和边缘提取处理，得到面向反演成像所需的钢结构件腐蚀缺陷的轮廓参数，便于腐蚀缺陷的高精度成像。通过调节两对磁化线圈中的电流大小实现对被测地上钢结构件中的磁化方向进行控制，结合对在不同磁化方向下得到的漏磁检测信号的综合处理，最终实现对腐蚀缺陷的高精度成像检测。该方法具有装置结构简单、操作方便、缺陷成像检测精度高等优点，有利于腐蚀缺陷的高精度成像。

Description

面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法及系统

技术领域

本发明涉及无损检测领域，更具体地，涉及面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法及系统。

背景技术

漏磁检测由于其具有检测速度快、对检测环境要求低等特点已被广泛应用与地上钢结构件腐蚀缺陷检测中。通过采集地上钢结构件的漏磁检测信号，对检测到的漏磁信号进行分析处理，实现腐蚀缺陷的反演成像及评估是地上钢结构检测漏磁检测的最终目的，高精度的腐蚀缺陷反演结果可为地上钢结构的安全评估与维护提供有效的指导依据，因此，地上钢结构件腐蚀缺陷的高精度漏磁成像检测非常重要。

在现有的相关技术中，多数漏磁检测方法仅能实现对被测钢结构件单一方向的磁化，极大地限制了对缺陷的检测效果，如发明专利(201110350081.4)公开了一种储罐底板检测装置，采用两个永磁体组提供单一方向的磁化场，实现对储罐底板的缺陷检测，但是这个单一方向的磁化检测方法，仅能对单一走向的缺陷有较好的检测效果，对于其它方向走向的缺陷或缺陷轮廓不规则的缺陷，检测效果不佳。发明专利(201610614526.8)公开了一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，基于初级线圈和次级线圈分别采用U形铁芯和铜棒为被测钢板提供不同方向的磁化，但是这种方法需要通过初级线圈中的磁化电路和次级线圈中的感应电流相互配合，装置结构设计复杂，且磁化场的方向无法任意调节，仅能对垂直于磁化场分布的裂纹缺陷有较为灵敏的检测效果，而对于没有明显方向性的腐蚀缺陷检测效果不佳。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测，通过高精度漏磁检测装置调节被测地上钢结构件中的磁化方向，采集钢结构件在不同磁化方向下的漏磁检测信号，再根据漏磁检测信号的不同类型，对经直流滤波处理和归一化处理后的漏磁检测信号进行信号合成和边缘提取处理，得到面向反演成像所需的钢结构件腐蚀缺陷的轮廓参数，便于腐蚀缺陷的高精度成像。采用的高精度漏磁检测装置结构简单、漏磁检测操作方便、腐蚀缺陷检测精度高，有利于腐蚀缺陷的高精度成像。

本发明采用如下的技术方案。

腐蚀缺陷漏磁检测方法的步骤如下：

步骤1，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节，采集地上钢结构件在不同磁化方向下的漏磁检测信号；

步骤2，对步骤1采集的漏磁检测信号先直流滤波处理再归一化处理；

步骤3：根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成；

步骤4：对步骤3的合成信号进行边缘提取处理，得到地上钢结构件腐蚀缺陷的轮廓参数，实现缺陷高精度成像；

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，高精度漏磁检测装置水平放置在待检测的地上钢结构件上；

步骤1.2，成对控制磁化线圈内施加的电流大小，实现磁轭中心的磁场方向沿逆时针方向旋转扫描；

步骤1.3，在步骤1.2进行的同时，由磁传感器阵列采集地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号；

优选地，在步骤1.1中，

高精度漏磁检测装置的励磁部分包括：第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯、第一磁化线圈、第二磁化线圈、第三磁化线圈、第四磁化线圈、磁轭、磁传感器阵列；

其中，磁传感器阵列水平布置在地上钢结构件上；第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯垂直于地上钢结构件，并按照十字形顶点位置呈逆时针方向依次分布在磁传感器阵列四周；缠绕在第一铁芯上的第一磁化线圈、缠绕在第二铁芯上的第二磁化线圈、缠绕在第三铁芯上的第三磁化线圈和缠绕在第四铁芯上的第四磁化线圈，缠绕匝数相同、缠绕方向也相同；铁芯上方放置磁轭，磁传感器阵列位于磁轭正下方，并且磁传感器阵列中心与磁轭中心的连线垂直于地上钢结构件；

地上钢结构件、第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯和磁轭组成高精度漏磁检测装置的闭合磁回路；

磁轭是轴对称结构的，且至少有两条对称轴是相互垂直的；

优选地，对于磁轭的形状可以是但不限制于十字形、圆心、正方形、八边形，对于磁轭的材料可以是但不限制于软铁板、A3钢板、软磁合金；

优选地，在步骤1.2中，

四组磁化线圈中每两组为一对，第二磁化线圈和第四磁化线圈为第一对磁化线圈，第一磁化线圈和第三磁化线圈为第二对磁化线圈；

第一对磁化线圈和第二对磁化线圈施加的电流大小分别为A₁和A₂，则A₁和A₂及磁轭中心处的磁场偏转角度θ满足如下关系：

式中，

A₁为第一对磁化线圈的施加电流，A₂为第二对磁化线圈的施加电流；

θ为磁轭中心的磁场方向的偏转角度，该偏转角度以仅对第二对磁化线圈施加电流时磁轭中心的磁场方向为基准，按照逆时针方向旋转一周计算，即从θ为0°沿着逆时针方向旋转至360°；

当A₁为零且A₂不为零时，磁轭中心的磁场方向与第二对磁化线圈的磁化方向平行时，θ为0°；当A₁不为零且A₂为零时，磁轭中心的磁场方向与第一对磁化线圈的磁化方向平行时，θ为90°；

当A₁和A₂大小相同、方向相反时，第一对磁化线圈的磁场方向与第二对磁化线圈的磁场方向相互垂直，并且K为恒定值，因此磁轭中心的磁场大小保持不变，并且磁场偏转角度θ为45°或135°，此时磁轭中心处的磁场沿固定方向不变；

因此，通过控制两对磁化线圈中的施加电流，实现磁轭中心的磁场偏转方向沿逆时针依次偏转0°、45°、90°和135°四个扫描角度；

实际检测过程中，根据地上钢结构件的检测需求优化磁场的扫描方向及路径；考虑漏磁场的对称特性，仅将磁轭中心的磁场方向沿逆时针扫描半周，即仅从θ为0°沿着逆时针方向旋转至180°；还考虑到检测数据存储容量的限制，仅扫描θ为0°、45°、90°和135°有限个数的磁场方向；

优选地，在步骤2中，

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，对其漏磁检测信号矩阵的直流滤波处理具体包括：

(1)在相同环境条件下，采用相同的高精度漏磁检测装置采集无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，得到无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号矩阵B⁰；

(2)在相同的磁场方向扫描条件下，从有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号B_i中减去无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号

即实现了直流滤波处理；

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，将其直流滤波处理后的漏磁检测信号矩阵转换到[-1，1]范围内，实现归一化处理，满足如下关系式：

式中，

Norm(·)表示一种归一化处理函数；

B_i表示在不同磁场方向扫描时采集到的有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，B_i＝[B₁，B₂，...，B_n]，i＝1，2，...，n，定义n为不同磁场方向扫描时所记录的漏磁信号数量；

表示在不同磁场方向扫描时采集到的无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，

表示有腐蚀缺陷的地上钢结构件的经直流滤波处理和归一化处理后的在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号，

优选地，在步骤3中，

漏磁检测信号包括漏磁检测信号的水平分量信号、漏磁检测信号的垂直分量信号或漏磁检测信号法向分量信号中的至少一种；根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成，具体如下：

(1)对于漏磁检测信号的水平分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{h_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，

G_hi表示

所对应的处理模块；

*表示卷积运算；

abs(·)表示对矩阵数据取绝对值的函数；

(2)对于漏磁检测信号的垂直分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{v_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，

G_vi表示

所对应的处理模块；

优选地，

G_hi、G_vi与磁轭中心的磁场偏转角度θ有关，具体满足如下关系式：

当θ∈[0°，22.5°)∪[157.5°，202.5°)∪[337.5°，360°)时，

当θ∈[22.5°，67.5°)∪[202.5°，247.5°)时，

当θ∈[67.5°，112.5°)∪[247.5°，292.5°)时，

当θ∈[112.5°，157.5°)∪[292.5°，337.5°)时，

(3)对于漏磁检测信号的法向分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{f_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，

k_i表示

的合成系数，满足0≤k_i≤1；

面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测系统，包括漏磁检测信号采集模块、漏磁检测信号综合处理模块、漏磁检测信号反演成像模块；

漏磁检测信号采集模块，用于在不同磁化方向下采集漏磁检测信号；该模块内置高精度漏磁检测装置，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节；

漏磁检测信号综合处理模块，用于对采集到的漏磁检测信号依次进行直流滤波处理、归一化处理、信号合成处理以及边缘提取处理；

漏磁检测信号反演成像模块，用于显示地上钢结构件腐蚀缺陷的三维图像；

优选地，漏磁检测信号综合处理模块包括直流滤波处理单元、归一化处理单元、水平分量和垂直分量信号合成处理单元、法向分量信号合成处理单元、边缘提取处理单元。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过调节两对磁化线圈中的电流大小实现对被测地上钢结构件中的磁化方向进行控制，结合对在不同磁化方向下得到的漏磁检测信号的综合处理，最终实现对腐蚀缺陷的高精度成像检测。该方法具有装置结构简单、操作方便、缺陷成像检测精度高等优点，有利于腐蚀缺陷的高精度成像。

附图说明

图1是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法的流程图；

图2是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法的高精度漏磁检测装置励磁部分的结构示意图；

图3是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法的磁轭中心处磁场偏转角度θ的位置示意图；

图4(a)、(b)、(c)、(d)分别是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法在磁轭中心的磁场偏转角度依次为0°、45°、90°和135°时，采集的地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号的水平分量经过直流滤波处理和归一化处理后的二维图像；

图5(a)、(b)、(c)、(d)分别是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法在磁轭中心的磁场偏转角度依次为0°、45°、90°和135°时，采集的地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号的水平分量经过直流滤波处理和归一化处理后，再经过卷积运算后得到的二维图像；

图6是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法得到的漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵的二维图像；

图7(a)、(b)、(c)、(d)分别是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法在磁轭中心的磁场偏转角度依次为0°、45°、90°和135°时，采集的地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号的法向分量经过直流滤波处理和归一化处理后的二维图像；

图8是本发明的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法得到的漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵的二维图像。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法的步骤如下：

步骤1，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节，采集地上钢结构件在不同磁化方向下的漏磁检测信号；

步骤1包括：

步骤1.1，高精度漏磁检测装置水平放置在待检测的地上钢结构件上。

具体地，

本发明优选实施例中，高精度漏磁检测装置的励磁部分如图2所示，包括：第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯、第一磁化线圈、第二磁化线圈、第三磁化线圈、第四磁化线圈、磁轭、磁传感器阵列。

其中，磁传感器阵列水平布置在地上钢结构件上；第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯垂直于地上钢结构件，并按照十字形顶点位置呈逆时针方向依次分布在磁传感器阵列四周；缠绕在第一铁芯上的第一磁化线圈、缠绕在第二铁芯上的第二磁化线圈、缠绕在第三铁芯上的第三磁化线圈和缠绕在第四铁芯上的第四磁化线圈，缠绕匝数相同、缠绕方向也相同；铁芯上方放置磁轭，磁传感器阵列位于磁轭正下方，并且磁传感器阵列中心与磁轭中心的连线垂直于地上钢结构件。

磁轭是轴对称结构的，且至少有两条对称轴是相互垂直的。

值得注意的是，所属领域技术人员可以任意选择磁轭的形状和材料，对于磁轭的形状可以是但不限制于十字形、圆心、正方形、八边形等，对于磁轭的材料可以是但不限制于软铁板、A3钢板、软磁合金等。本发明的优选实施例磁轭采用十字形的软铁板是仅用于地上钢结构件腐蚀缺陷高精度漏磁成像检测非限制性的较佳选择。所属领域技术人员可以采用其它形状和材料的磁轭进行检测。

地上钢结构件、第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯和磁轭组成高精度漏磁检测装置的闭合磁回路。

步骤1.2，成对控制磁化线圈内施加的电流大小，实现磁轭中心的磁场方向沿逆时针扫描。

具体地，

在本发明优选实施例中，四组磁化线圈中每两组为一对，第二磁化线圈和第四磁化线圈为第一对磁化线圈，第一磁化线圈和第三磁化线圈为第二对磁化线圈。

第一对磁化线圈和第二对磁化线圈施加的电流大小分别为A₁和A₂，则A₁和A₂及磁轭中心处的磁场偏转角度θ满足如下关系：

式中，

A₁为第一对磁化线圈的施加电流，A₂为第二对磁化线圈的施加电流；

θ为磁轭中心的磁场方向的偏转角度，如图3所示，该偏转角度以仅对第二对磁化线圈施加电流时磁轭中心的磁场方向为基准，按照逆时针方向旋转一周计算，即从θ为0°沿着逆时针方向旋转至360°。

当A₁为零且A₂不为零时，磁轭中心的磁场方向与第二对磁化线圈的磁化方向平行时，θ为0°；当A₁不为零且A₂为零时，磁轭中心的磁场方向与第一对磁化线圈的磁化方向平行时，θ为90°。

当A₁和A₂大小相同、方向相反时，第一对磁化线圈的磁场方向与第二对磁化线圈的磁场方向相互垂直，并且K为恒定值，因此磁轭中心的磁场大小保持不变，并且磁场偏转角度θ为45°或135°，此时磁轭中心处的磁场沿固定方向不变。

因此，通过控制两对磁化线圈中的施加电流，实现磁轭中心的磁场偏转方向沿逆时针依次偏转0°、45°、90°和135°四个扫描角度。

实际检测过程中，根据地上钢结构件的检测需求优化磁场的扫描方向及路径；本发明优选实施例中，考虑漏磁场的对称特性，仅将磁轭中心的磁场方向沿逆时针扫描半周，即仅从θ为0°沿着逆时针方向旋转至180°；本发明优选实施例中，还考虑到检测数据存储容量的限制，仅扫描θ为0°、45°、90°和135°有限个数的磁场方向。

步骤1.3，在步骤1.2进行的同时，由磁传感器阵列采集地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号。

步骤2，对步骤1采集的漏磁检测信号矩阵先直流滤波处理再归一化处理。

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，对其漏磁检测信号矩阵的直流滤波处理具体包括：

(1)在相同环境条件下，采用相同的高精度漏磁检测装置采集无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，得到无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号矩阵B⁰；

本优选实施例中，无腐蚀缺陷的地上钢结构件的结构、形状、材质等尽量要与具有腐蚀缺陷的钢结构件一致。鉴于实际工程中，钢结构件的设计、制造以及安装均采用标准化流程，因此上述要求具备实现的可能性。

(2)在相同的磁场方向扫描条件下，从有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号B_i中减去无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号

即实现了直流滤波处理。

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，将其直流滤波处理后的漏磁检测信号矩阵转换到[-1，1]范围内，实现归一化处理，满足如下关系式：

式中，

Norm(·)表示一种归一化处理函数，满足如下关系式：

式中，

max(·)表示取矩阵中所有数据的最大值，

min(·)表示取矩阵中所有数据的最小值；

B_i表示在不同磁场方向扫描时采集到的有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，B_i＝[B₁，B₂，...，B_n]，i＝1，2，...，n，定义n为不同磁场方向扫描时所记录的漏磁信号数量；

表示在不同磁场方向扫描时采集到的无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，

表示有腐蚀缺陷的地上钢结构件的经直流滤波处理和归一化处理后的在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号，

值得注意的是，所属领域技术人员可以任意选择不同数据处理软件中不同的归一化函数，本发明优选实施例所采用的归一化函数仅是非限制性的优选。

步骤3：根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成。

具体地，

漏磁检测信号包括漏磁检测信号的水平分量信号、漏磁检测信号的垂直分量信号或漏磁检测信号法向分量信号中的至少一种。

B_h表示漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，B_hi表示在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，B_h＝[B_h1，B_h2，...，B_hn]。

表示经步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，

B_v表示漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，B_vi表示在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，B_v＝[B_v1，B_v2，...，B_vn]。

表示经步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，

B_f表示漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，B_fi表示在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，B_f＝[B_f1，B_f2，...，B_fn]。

表示经步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，

根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成，具体如下：

(1)对于漏磁检测信号的水平分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{h_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵，

Ghi表示

所对应的处理模块；

*表示卷积运算；

abs(·)表示对矩阵数据取绝对值的函数。

(2)对于漏磁检测信号的垂直分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{v_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号的合成信号矩阵，

G_vi表示

所对应的处理模块。

具体地，

G_hi、G_vi与磁轭中心的磁场偏转角度θ有关，具体满足如下关系式：

当θ∈[0°，22.5°)∪[157.5°，202.5°)∪[337.5°，360°)时，

当θ∈[22.5°，67.5°)∪[202.5°，247.5°)时，

当θ∈[67.5°，112.5°)∪[247.5°，292.5°)时，

当θ∈[112.5°，157.5°)∪[292.5°，337.5°)时，

(3)对于漏磁检测信号的法向分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{f_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号的合成信号矩阵，

k_i表示

的合成系数，满足0≤k_i≤1。

步骤4：对步骤3的合成信号矩阵进行边缘提取处理，即可得到地上钢结构件腐蚀缺陷的轮廓，实现缺陷高精度成像。

值得注意的是，所属领域技术人员可以任意采用各类边缘检测算法实现边缘提取处理，这些算法包括但不限于Canny边缘检测算法、Sobel边缘检测算法、Laplacian边缘检测算法等。

实施例1。按照步骤1对有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号进行采集，磁轭中心的磁场偏转角度θ依次为0°、45°、90°和135°时，采集到漏磁检测信号的水平分量信号矩阵依次为B_h1、B_h2、B_h3和B_h4，经步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵依次为

和

这些矩阵的二维图像依次如图4中(a)、(b)、(c)和(d)所示；再对这些矩阵进行信号合成得到漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵B_{h_combine}，该矩阵满足如下关系式：

式中，

和

的二维图像依次如图5中(a)、(b)、(c)和(d)所示。合成信号矩阵B_{h_combine}的二维图像如图6所示。

从图6中可以清晰地看出地上钢构件腐蚀缺陷的轮廓形状，对合成信号矩阵B_{h_combine}进行边缘提取处理，本发明优选实施例采用Canny边缘检测算法进行边缘提取处理，最终得到缺陷轮廓的高精度成像，该缺陷轮廓平均相对误差仅为2.18％，可见缺陷轮廓计算精度高。

实施例2。按照步骤1对有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号进行采集，磁轭中心的磁场偏转角度θ依次为0°、45°、90°和135°时，采集到漏磁检测信号的法向分量信号矩阵依次为B_f1、B_f2、B_f3和B_f4，经步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵依次为

和

这些矩阵的二维图像依次如图7中(a)、(b)、(c)和(d)所示；再对这些矩阵进行信号合成得到漏磁检测信号的法向分量信号的合成信号矩阵B_{f_combine}，该矩阵满足如下关系式：

式中，

本发明优选实施例中，k_i均取1。

合成信号矩阵B_{f_combine}的二维图像如图8所示。

从图8中可以清晰地看出地上钢构件腐蚀缺陷的轮廓形状，对合成信号矩阵B_{f_combine}进行边缘提取处理，本发明优选实施例采用Canny边缘检测算法进行边缘提取处理，最终得到缺陷轮廓的高精度成像，该缺陷轮廓平均相对误差仅为2.12％，可见缺陷轮廓计算精度高。

地上钢结构件腐蚀缺陷高精度漏磁成像检测系统，包括漏磁检测信号采集模块、漏磁检测信号综合处理模块、漏磁检测信号反演成像模块。

漏磁检测信号采集模块，用于在不同磁化方向下采集漏磁检测信号；该模块内置高精度漏磁检测装置，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节。

漏磁检测信号综合处理模块，用于对采集到的漏磁检测信号依次进行直流滤波处理、归一化处理、信号合成处理以及边缘提取处理。

漏磁检测信号反演成像模块，用于显示地上钢结构件腐蚀缺陷的三维图像。

优选地，漏磁检测信号综合处理模块包括直流滤波处理单元、归一化处理单元、水平分量和垂直分量信号合成处理单元、法向分量信号合成处理单元、边缘提取处理单元。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过调节两对磁化线圈中的电流大小实现对被测地上钢结构件中的磁化方向进行控制，结合对在不同磁化方向下得到的漏磁检测信号的综合处理，最终实现对腐蚀缺陷的高精度成像检测。该方法具有装置结构简单、操作方便、缺陷成像检测精度高等优点，有利于腐蚀缺陷的高精度成像。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

所述腐蚀缺陷漏磁检测方法的步骤如下：

步骤1，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节，采集地上钢结构件在不同磁化方向下的漏磁检测信号；

步骤2，对步骤1采集的漏磁检测信号先直流滤波处理再归一化处理；

步骤3：根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成；

步骤4：对步骤3的合成信号进行边缘提取处理，得到地上钢结构件腐蚀缺陷的轮廓参数，实现缺陷高精度成像。

2.根据权利要求1所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

步骤1包括：

步骤1.1，高精度漏磁检测装置水平放置在待检测的地上钢结构件上；

所述高精度漏磁检测装置的励磁部分包括：第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯、第一磁化线圈、第二磁化线圈、第三磁化线圈、第四磁化线圈、磁轭、磁传感器阵列；

其中，磁传感器阵列水平布置在地上钢结构件上；第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯垂直于地上钢结构件，并按照十字形顶点位置呈逆时针方向依次分布在磁传感器阵列四周；缠绕在第一铁芯上的第一磁化线圈、缠绕在第二铁芯上的第二磁化线圈、缠绕在第三铁芯上的第三磁化线圈和缠绕在第四铁芯上的第四磁化线圈，缠绕匝数相同、缠绕方向也相同；铁芯上方放置磁轭，磁传感器阵列位于磁轭正下方，并且磁传感器阵列中心与磁轭中心的连线垂直于地上钢结构件；

地上钢结构件、第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯和磁轭组成高精度漏磁检测装置的闭合磁回路；

步骤1.2，成对控制磁化线圈内施加的电流大小，实现磁轭中心的磁场方向沿逆时针方向旋转扫描；

四组磁化线圈中每两组为一对，第二磁化线圈和第四磁化线圈为第一对磁化线圈，第一磁化线圈和第三磁化线圈为第二对磁化线圈；

第一对磁化线圈和第二对磁化线圈施加的电流大小分别为A₁和A₂，则A₁和A₂及磁轭中心处的磁场偏转角度θ满足如下关系：

式中，

A₁为第一对磁化线圈的施加电流，A₂为第二对磁化线圈的施加电流；

θ为磁轭中心的磁场方向的偏转角度，该偏转角度以仅对第二对磁化线圈施加电流时磁轭中心的磁场方向为基准，按照逆时针方向旋转一周计算，即从θ为0°沿着逆时针方向旋转至360°；

步骤1.3，在步骤1.2进行的同时，由磁传感器阵列采集地上钢结构件腐蚀缺陷处的漏磁检测信号。

3.根据权利要求2所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

在步骤1.1中，磁轭是轴对称结构的，且至少有两条对称轴是相互垂直的。

4.根据权利要求1所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

在步骤2中，

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，对其漏磁检测信号矩阵的直流滤波处理具体包括：

(1)在相同环境条件下，采用相同的高精度漏磁检测装置采集无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，得到无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号矩阵；

(2)在相同的磁场方向扫描条件下，从有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号中减去无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，即实现了直流滤波处理；

对于有腐蚀缺陷的地上钢结构件，将其直流滤波处理后的漏磁检测信号矩阵转换到[-1，1]范围内，实现归一化处理，满足如下关系式：

式中，

Norm(·)表示一种归一化处理函数，

B_i表示在不同磁场方向扫描时采集到的有腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，B_i＝[B₁,B₂,…,B_n]，i＝1,2,…,n，定义n为不同磁场方向扫描时所记录的漏磁信号数量；

表示在不同磁场方向扫描时采集到的无腐蚀缺陷的地上钢结构件的漏磁检测信号，

表示有腐蚀缺陷的地上钢结构件的经直流滤波处理和归一化处理后的在不同磁场方向扫描时采集到的漏磁检测信号，

5.根据权利要求1所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

在步骤3中，

漏磁检测信号包括漏磁检测信号的水平分量信号、漏磁检测信号的垂直分量信号或漏磁检测信号法向分量信号中的至少一种；根据漏磁检测信号的不同类型，对步骤2处理后的漏磁检测信号进行信号合成，具体如下：

(1)对于漏磁检测信号的水平分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{h_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的水平分量信号矩阵，

G_hi表示

所对应的处理模块；

*表示卷积运算；

abs(·)表示对矩阵数据取绝对值的函数；

(2)对于漏磁检测信号的垂直分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{v_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的垂直分量信号矩阵，

G_vi表示

所对应的处理模块；

(3)对于漏磁检测信号的法向分量信号，信号合成矩阵满足如下关系式：

式中，

B_{f_combine}表示步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号的合成信号矩阵，

表示在不同磁场方向扫描时经步骤2处理后的漏磁检测信号的法向分量信号矩阵，

k_i表示

的合成系数，满足0≤k_i≤1。

6.根据权利要求5所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法，其特征在于，

所述处理模块G_hi、G_vi与磁轭中心的磁场偏转角度θ有关，满足如下关系式：

当θ∈[0°,22.5°)∪[157.5°,202.5°)∪[337.5°,360°)时，

当θ∈[22.5°,67.5°)∪[202.5°,247.5°)时，

当θ∈[67.5°,112.5°)∪[247.5°,292.5°)时，

当θ∈[112.5°,157.5°)∪[292.5°,337.5°)时，

7.一种基于权利要求1至6所述的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测方法的面向成像的地上钢结构件腐蚀缺陷漏磁检测系统，包括漏磁检测信号采集模块、漏磁检测信号综合处理模块、漏磁检测信号反演成像模块，其特征在于，

漏磁检测信号采集模块，用于在不同磁化方向下采集漏磁检测信号；该模块内置高精度漏磁检测装置，通过成对控制高精度漏磁检测装置中磁化线圈中的施加电流，实现对被测地上钢结构件中的磁化方向的任意调节；

漏磁检测信号综合处理模块，用于对采集到的漏磁检测信号依次进行直流滤波处理、归一化处理、信号合成处理以及边缘提取处理；

漏磁检测信号反演成像模块，用于显示地上钢结构件腐蚀缺陷的三维图像。

8.根据权利要求7所述的地上钢结构件腐蚀缺陷高精度漏磁成像检测系统，其特征在于：所述漏磁检测信号综合处理模块包括直流滤波处理单元、归一化处理单元、水平分量和垂直分量信号合成处理单元、法向分量信号合成处理单元、边缘提取处理单元。

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