CN113671022A - 一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法 - Google Patents
一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法,具体包括:S1、分别获取不同提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,分别提取差分信号曲线的交叉点时间,进一步得到差分信号交叉点时间与提离的关系曲线;S2、对被测试件的未知提离进行定量评估,分别获得被测试件在未知提离下不同线圈间距处差分信号曲线,提取该差分信号曲线的交叉点时间,代入S1所得差分信号交叉点时间与提离的关系曲线的表达式中,获得被测试件的未知提离。该方法可用于检测中的提离测量,为减小脉冲涡流提离效应,提高缺陷定量精度提供参考。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域,具体涉及一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法。
背景技术
铝合金材料因具有强度高、密度小、抗腐蚀能力好等特点,被广泛应用于航空航天、石油化工和轨道交通领域。为了减小腐蚀、提高强度同时降低部件重量,钢结构和铝合金部件被大量地用于支撑负载或运送液体介质。
对于结构部件,其在使用过程中一方面承受高强度交变载荷,另一方面,可能长期暴露在极端环境中,易造成不同程度的腐蚀致使部件壁厚减薄,对质量安全造成严重威胁,更甚会造成重大的安全事故和人员伤亡。因此,及时准确地对结构部件进行无损检测,对于提高部件结构性能,保障安全有重大意义。
脉冲涡流检测技术突破了传统涡流检测技术只能检测构件表面缺陷的局限,具有检测速度快、穿透性强等特点,能够在包覆层外对在役检测金属部件和结构部件进行检测。以方波电流为激励通入激励线圈,在构件中感应出的涡流会产生二次电磁场并耦合到接收线圈中,此时接收线圈中感应出电压,缺陷的存在会使构件上的涡流产生扰动,引起涡流感生出的磁场发生变化,导致接收线圈感应电压变化,通过对感应电压的分析即可评估构件壁厚的腐蚀减薄程度。
然而在检测过程中,任何导致涡流发生改变的因素都会影响检测结果,其中探头提离效应是脉冲涡流面临的主要问题。由于线圈和被测构件间的互感系数会随探头到被测件表面提离距离的增大而迅速减小,被测体中的涡流密度也会随提离的微小变化而发生显著变化,这种效应称为提离效应。绝缘涂层厚度的变化、不规则的被测体表面、操作者对探头施加压力的变化及被测体的热胀冷缩等都会引起提离变化,从而掩盖真实的检测信息。因此,抑制和消除提离干扰一直是脉冲涡流检测技术研究中非常重要的一个环节,而准确获得检测时的探头提离,能够为提离效应的抑制和缺陷定量精度的提高提供方法。
线圈间距交叉点作为一个新型的理想信号特征,能够有效检测变化的提离高度,抑制提离效应,线圈间距交叉点在检测壁厚减薄的同时也能有效抑制提离效应,消除因管壁上的涂层变化和沉积物带来的提离影响,进一步提高脉冲涡流在壁厚减薄领域的检测精度;广泛应用于腐蚀导致的壁厚减薄测量、缺陷和厚度测量等领域。解决了对具有包覆涂层的结构部件进行腐蚀减薄检测时,因包覆涂层厚度不同引起的探头提离变化,所造成的提离效应的问题,达到了本发明的目的。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法,解决对具有包覆涂层的结构部件进行腐蚀减薄检测时,因包覆涂层厚度不确定引起的探头提离变化,所造成的提离效应的问题。
本发明采用以下技术方案:
一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置,包括信号发生器、功率放大器、TR结构传感器、数据采集卡和计算机;
所述信号发生器的输出端与功率放大器外循环输入端及数据采集卡外触发端口相连;
所述TR结构传感器为非同轴式一发一收线圈,包括:TR传感器激励线圈和TR传感器接收线圈;线圈由漆包线围绕尼龙材质骨架绕制而成;所述功率放大器的外循环输出端与TR结构传感器激励线圈相连;所述TR结构传感器接收线圈通过数据采集卡与计算机连接;
所述信号发生器产生激励方波信号,该信号经由功率放大器后形成稳定的激励电流加载到TR传感器激励线圈中,TR传感器激励线圈中变化的电流在试件中激发出涡流场;涡流场通过TR传感器接收线圈转化成电压信号,并由数据采集卡捕捉,最终通过计算机进行数据显示和保存,获得被测试件的信息。
一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,包括以下步骤:
S1、选取无缺陷试件和含缺陷试件作为被测试件,分别获取被测试件在不同提离高度下的不同线圈间距处响应信号的时域曲线;然后对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得不同提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,分别提取差分信号曲线的交叉点时间,进一步得到差分信号交叉点时间与提离的关系曲线;
S2、对被测试件的未知提离进行定量评估,分别获取被测试件在未知提离下不同线圈间距处响应信号的时域曲线,并对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得未知提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,提取差分信号曲线的交叉点时间,将提取的差分信号曲线的交叉点时间代入步骤S2所得差分信号交叉点时间与提离的关系曲线表达式中,获得被测试件的未知提离。
进一步的,所述步骤S1包括:
S11、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S12、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S13、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在已知提离高度L0下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线,每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
再在已知提离高度L0的基础上依次增加线圈间距△d,获得不少于3种不同线圈间距下被测试件已知提离高度L0的响应信号的时域曲线;
S14、对每组时域曲线中的参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线作差分处理,获取在已知提离高度L0处不同线圈间距下的差分信号曲线;
S15、重复步骤S13和步骤S14,获取在已知不同提离高度L1、L2、L3、L4处不同线圈间距下的差分信号曲线;
S16、分别提取所述步骤S15中获取的已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4在不同线圈间距下差分信号曲线在同一坐标系下相交汇的点所对应时间值即交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4;
S17、根据所述步骤S16获得的差分信号曲线的交叉点时间与对应的已知提离高度,将其拟合为一条一次函数曲线,所述一次函数曲线为:Lo1=aTDIP+b,其中,所述Lo1为提离高度;TDIP为差分信号交叉点时间,a、b分别为所述一次函数曲线的系数,将所述已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4和差分信号交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4代入所述一次函数曲线,获得对应的a、b的值,再将获得的a、b的值代入一次函数曲线,得到差分信号交叉点时间与提离关系曲线:Lo1=aTDIP+b。
进一步的,所述步骤S13中获取每组已知提离高度L0的的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S131、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取已知提离高度L0的参考信号时域曲线;
S132、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取已知提离高度L0的检测信号时域曲线。
进一步的,所述已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4中,其中有一处的提离高度值为0,即为无提离。
进一步的,所述步骤S2包括:
S21、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S22、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S23、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在未知提离高度Lx下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线;每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
再在未知提离高度Lx的基础上依次增加线圈间距△d,获得不少于3种不同线圈间距下被测试件未知提离高度Lx的响应信号的时域曲线;
S24、将所述步骤S23获得的每组响应信号中的检测时域曲线与参考信号的时域曲线作差分处理,获取在未知提离高度Lx处不同线圈间距下的差分信号曲线;提取该差分信号曲线的交叉点时间T,并将T代入所述步骤S17中所得的关系曲线Lo1=aTDIP+b中,获得未知提离即步骤S23中的Lx的提离高度。
进一步的,所述步骤S23中获取一组在未知提离高度Lx下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S231、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的参考信号时域曲线;
S232、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的检测信号时域曲线。
进一步的,所述步骤S13和步骤S23中△d为3mm。
进一步的,在所述步骤S14和步骤S24之前还包括对所获得的响应信号的放大滤波处理。
本发明的有益效果是:本发明一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置及方法,通过在无缺陷试件与含缺陷试件上对提离已知的不同线圈间距下产生的差分信号结果进行处理,改变线圈间距获得差分信号特征值,拟合出一条曲线,通过该曲线可以对提离距离未知的检测环境进行提离距离的确定,有利于系统进行精确的缺陷定量检测,与现有技术相比,检测装置简单,算法简单明了,消除了提离效应的影响,提升了脉冲涡流检测技术在飞机机身结构及发动机的安全检测、核动力设施中的蒸汽管道及石油、天然气等运输管道的可靠性检测,各种板、棒、管等金属零件生产过程中的质量监控等工业运用中的市场竞争力,从而带来巨大的经济效益,解决了脉冲涡流检测技术发展多年来的核心问题。本方法能够准确检测位置提离,有效抑制脉冲涡流检测过程中探头和试件之间提离距离变化造成的提离效应,进一步扩展了脉冲涡流新型特征量线圈间距交叉点信号特征的应用。
附图说明
图1为本发明实施例的提离测量装置结构图。
图2为本发明实施例的提离测量方法的流程框图。
图3为本发明的脉冲涡流在6mm提离时不同线圈间距下的检测信号、参考信号和差分信号图。
图4(a)为本发明的脉冲涡流检测在无提离时不同线圈间距下的时域差分信号归一化结果图。
图4(b)为本发明的脉冲涡流检测在2mm提离时不同线圈间距下的时域差分信号归一化结果图。
图4(c)为本发明的脉冲涡流检测在4mm提离时不同线圈间距下的时域差分信号归一化结果图。
图4(d)为本发明的脉冲涡流检测在6mm提离时不同线圈间距下的时域差分信号归一化结果图。
图4(e)为本发明的脉冲涡流检测在8mm提离时不同线圈间距下的时域差分信号归一化结果图。
图5为本发明不同提离下线圈间距交叉点时间变化规律图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示为本发明实施的一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置的结构图,该装置包括:信号发生器、功率放大器、TR结构传感器、数据采集卡和计算机;
所述信号发生器的输出端与功率放大器外循环输入端及数据采集卡外触发端口相连;所述功率放大器的外循环输出端与TR结构传感器激励线圈相连;所述TR结构传感器接收线圈通过数据采集卡与计算机连接;
所述TR结构传感器为非同轴式一发一收线圈,包括:TR传感器激励线圈和TR传感器接收线圈;线圈由漆包线围绕尼龙材质骨架绕制而成;激励方波信号由信号发生器产生,经由功率放大器后形成稳定的激励电流加载到激励线圈中,线圈中变化的电流在试件中激发出涡流场;涡流场通过接收线圈转化成电压信号,并由采集卡捕捉,最终通过计算机进行数据显示和保存,获得被测试件的信息。
如图2所示为本发明的一种测量提离的脉冲涡流检测方法的流程框图,其步骤具体包括:
S1、选取无缺陷试件和含缺陷试件作为被测试件,被测试件为铝合金7075材质;
在本实施例中选取了五处不同的提离高度,分别为提离0mm、提离2mm、提离4mm、提离6mm、提离8mm;选取了6种不同的的线圈间距,分别为40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm;分别获取被测试件在不同提离高度下的不同线圈间距处响应信号的时域曲线;然后对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得不同提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,分别提取差分信号曲线的交叉点时间,进一步得到差分信号交叉点时间与提离的关系曲线;
S11、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S12、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S13、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在已知提离高度0mm下的线圈间距40mm处响应信号的时域曲线,每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
所述步骤S13中获取每组已知提离高度0mm的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S131、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取已知提离高度0mm的参考信号时域曲线;
S132、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取已知提离高度0mm的检测信号时域曲线。
再采用线圈间距43mm、46mm、49mm、52mm、55mm,获得43mm、46mm、49mm、52mm、55mm线圈间距下被测试件已知提离高度0mm的响应信号的时域曲线;
S14、对每组时域曲线中的参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线作差分处理,获取在已知提离高度0mm处线圈间距40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm下的差分信号曲线;如图4(a)所示,
S15、重复步骤S13和步骤S14,获取在已知不同提离高度2mm、4mm、6mm、8mm处线圈间距40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm下的差分信号曲线;如图4(b)~图4(e)所示
S16、分别提取所述步骤S15中获取的已知提离高度0mm、2mm、4mm、6mm、8mm在线圈间距40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm下的差分信号曲线在同一坐标系下相交汇的点所对应时间值即交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4;
S17、根据所述步骤S16获得的差分信号曲线的交叉点时间与对应的已知提离高度,将其拟合为一条一次函数曲线,所述一次函数曲线为:Lo1=aTDIP+b,其中,所述Lo1为提离高度;TDIP为差分信号交叉点时间,a、b分别为所述一次函数曲线的系数,将所述已知提离高度0mm、2mm、4mm、6mm、8mm和差分信号交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4代入所述一次函数曲线,获得对应的a、b的值,再将获得的a、b的值代入一次函数曲线,得到如图5所示差分信号交叉点时间与提离关系曲线:Lo1=aTDIP+b。
S2、对被测试件的未知提离进行定量评估,分别获取被测试件在未知提离下40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm线圈间距处响应信号的时域曲线,并对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得未知提离下40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm线圈间距处的差分信号曲线,提取差分信号曲线的交叉点时间,将提取的差分信号曲线的交叉点时间代入步骤S2所得差分信号交叉点时间与提离的关系曲线表达式中,获得被测试件的未知提离。
S21、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S22、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S23、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在未知提离高度Lx下的40mm线圈间距处响应信号的时域曲线;每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
所述步骤S23中获取一组在未知提离高度Lx下的40mm线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S231、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的参考信号时域曲线;
S232、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的检测信号时域曲线。
再采用线圈间距43mm、46mm、49mm、52mm、55mm,获得43mm、46mm、49mm、52mm、55mm线圈间距下被测试件未知提离高度Lx的响应信号的时域曲线;
S24、将所述步骤S23获得的每组响应信号中的检测时域曲线与参考信号的时域曲线作差分处理,获取在未知提离高度Lx处40mm、43mm、46mm、49mm、52mm、55mm线圈间距下的差分信号曲线;提取该差分信号曲线的交叉点时间T,并将T代入所述步骤S17中所得的关系曲线Lo1=aTDIP+b中,获得未知提离即步骤S23中的Lx的提离高度。
其中,因为输出的响应信号较为微弱,为了获取更好的检测结果,需要对输出的检测信号和参考信号做放大滤波处理,所以在所述步骤S14之前还包括对响应信号即检测信号和参考信号的放大滤波处理,同样的,在所述步骤S24之前还包括对所获得的响应信号即检测信号和参考信号的放大滤波处理。
Claims (9)
1.一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量装置,其特征在于,所述装置包括信号发生器、功率放大器、TR结构传感器、数据采集卡和计算机;
所述信号发生器的输出端与功率放大器外循环输入端及数据采集卡外触发端口相连;
所述TR结构传感器为非同轴式一发一收线圈,包括:TR传感器激励线圈和TR传感器接收线圈;线圈由漆包线围绕尼龙材质骨架绕制而成;所述功率放大器的外循环输出端与TR结构传感器激励线圈相连;所述TR结构传感器接收线圈通过数据采集卡与计算机连接;
所述信号发生器产生激励方波信号,该信号经由功率放大器后形成稳定的激励电流加载到TR传感器激励线圈中,TR传感器激励线圈中变化的电流在试件中激发出涡流场;涡流场通过TR传感器接收线圈转化成电压信号,并由数据采集卡捕捉,最终通过计算机进行数据显示和保存,获得被测试件的信息。
2.一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、选取无缺陷试件和含缺陷试件作为被测试件,分别获取被测试件在不同提离高度下的不同线圈间距处响应信号的时域曲线;然后对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得不同提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,分别提取差分信号曲线的交叉点时间,进一步得到差分信号交叉点时间与提离的关系曲线;
S2、对被测试件的未知提离进行定量评估,分别获取被测试件在未知提离下不同线圈间距处响应信号的时域曲线,并对所得响应信号的时域曲线作差分处理,获得未知提离下不同线圈间距处的差分信号曲线,提取差分信号曲线的交叉点时间,将提取的差分信号曲线的交叉点时间代入步骤S2所得差分信号交叉点时间与提离的关系曲线表达式中,获得被测试件的未知提离。
3.如权利要求2所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S11、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S12、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S13、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在已知提离高度L0下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线,每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
再在已知提离高度L0的基础上依次增加线圈间距△d,获得不少于3种不同线圈间距下被测试件已知提离高度L0的响应信号的时域曲线;
S14、对每组时域曲线中的参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线作差分处理,获取在已知提离高度L0处不同线圈间距下的差分信号曲线;
S15、重复步骤S13和步骤S14,获取在已知不同提离高度L1、L2、L3、L4处不同线圈间距下的差分信号曲线;
S16、分别提取所述步骤S15中获取的已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4在不同线圈间距下差分信号曲线在同一坐标系下相交汇的点所对应时间值即交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4;
S17、根据所述步骤S16获得的差分信号曲线的交叉点时间与对应的已知提离高度,将其拟合为一条一次函数曲线,所述一次函数曲线为:Lo1=aTDIP+b,其中,所述Lo1为提离高度;TDIP为差分信号交叉点时间,a、b分别为所述一次函数曲线的系数,将所述已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4和差分信号交叉点时间T0、T1、T2、T3、T4代入所述一次函数曲线,获得对应的a、b的值,再将获得的a、b的值代入一次函数曲线,得到差分信号交叉点时间与提离关系曲线:Lo1=aTDIP+b。
4.如权利要求3所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述步骤S13中获取每组已知提离高度L0的的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S131、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取已知提离高度L0的参考信号时域曲线;
S132、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取已知提离高度L0的检测信号时域曲线。
5.如权利要求3所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述已知提离高度L0、L1、L2、L3、L4中,其中有一处的提离高度值为0,即为无提离。
6.如权利要求3所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
S21、信号发生器产生频率和占空比均可调的脉冲信号作为功率放大器外激励;
S22、功率放大器在外部激励的作用下产生频率和占空比均可调的脉冲电流加载在TR传感器激励线圈上;
S23、TR传感器激励线圈产生激励磁场,将该线圈置于被测试件上方,获取一组在未知提离高度Lx下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线;每组响应信号的时域曲线包括参考信号时域曲线和检测信号的时域曲线;
再在未知提离高度Lx的基础上依次增加线圈间距△d,获得不少于3种不同线圈间距下被测试件未知提离高度Lx的响应信号的时域曲线;
S24、将所述步骤S23获得的每组响应信号中的检测时域曲线与参考信号的时域曲线作差分处理,获取在未知提离高度Lx处不同线圈间距下的差分信号曲线;提取该差分信号曲线的交叉点时间T,并将T代入所述步骤S17中所得的关系曲线Lo1=aTDIP+b中,获得未知提离即步骤S23中的Lx的提离高度。
7.如权利要求6所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述步骤S23中获取一组在未知提离高度Lx下的某一固定线圈间距处响应信号的时域曲线的步骤为:
S231、以厚度10mm铝合金试件模拟无缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的参考信号时域曲线;
S232、以厚度8mm铝合金试件模拟含缺陷试件,在其上获取未知提离高度Lx的检测信号时域曲线。
8.如权利要求6所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,所述步骤S13和步骤S23中△d为3mm。
9.如权利要求6所述一种基于脉冲涡流检测探头线圈间距交叉点的提离测量方法,其特征在于,在所述步骤S14和步骤S24之前还包括对所获得的响应信号的放大滤波处理。
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