CN118067831A - 一种用于铁磁性材料检测的acfm提离效应抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交流电磁场检测技术领域，公开了一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，包括：S1，利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号；S2，利用第一交流激励信号进行无测试件检测，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；S3，分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号等；该方法削弱了提离效应对检测信号的影响，计算过程简单，现场适应性强，检测结果受探头抖动、提离效应等因素影响小，可有效提高缺陷检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及交流电磁场检测技术领域，具体涉及一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法。
背景技术
铁磁性材料是海洋输油管道的主要材料，具有强磁性、强度高、磁场损耗小、易加工等特点。由于海洋管道服役环境恶劣，使得管道微小缺陷在风暴、洋流、高压、大载荷等工况下都会快速聚集扩展，为管道的安全服役带来巨大安全隐患。交流电磁场检测（Alternating Current Field Measurement，ACFM）技术通过对线圈进行交变电流激励，在试件表面形成均匀电场，来实现表面缺陷的非接触检测。作为一种新型的非接触无损检测技术，检测时无需清理被测试件表面的覆盖物，就可以利用磁场特征信号对裂纹等缺陷进行量化反演，被广泛用于铁磁性材料缺陷检测。
由于海洋环境腐蚀、海洋生物附着等造成管道表面不平整，使得探头在检测过程中存在抖动、提离等现象。由提离效应产生的干扰信号会很大程度上影响缺陷检测精度，甚至导致缺陷特征信号难以识别。因此，有必要提出一种提离效应抑制方法，削弱检测过程中提离效应对缺陷检测信号的影响，提高提离抖动情况下缺陷信号的识别与缺陷检测精度。
目前，检索到的ACFM的提离效应抑制方法为“一种基于交流电磁场检测的提离抖动抑制方法”（申请号为202111600311.8）的专利申请，该方法公开了一种基于双频激励的交流电磁场检测提离抖动抑制方法，利用提离拟合公式将高频检测信号转换，并用低频检测信号减去转化的高频信号来消除提离抖动，通过绘制蝶形图对缺陷进行判定。该方法能够消除提离抖动的影响，提高缺陷信号的信噪比，但还存在一些不足，如该方法高频激励转换的过程会受到提离高度拟合公式的准确度的影响，操作步骤复杂等。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，该方法从新的角度提出抑制提离效应的方案，操作简单，准确度高。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，包括：S1，利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号；S2，利用第一交流激励信号进行无测试件检测，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；S3，分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号；S4，在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角；S5，将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号；S6，根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
在本发明中，优选的，S4中所述在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻所采用的方法为：计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值的方差，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
在本发明中，优选的，S4中所述在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻所采用的方法为：计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
在本发明中，优选的，所述若干不同提离高度包括1mm、2mm、3mm、4mm。
在本发明中，优选的，所述第一交流激励信号和第二交流激励信号的频率均为10kHz。
一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置，包括：第一检测模块，用于利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；规则化模块，用于分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号；相角确定模块，用于在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角；第二检测模块，用于将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号；缺陷判断模块，用于根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
在本发明中，优选的，所述相角确定模块包括：方差计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值的方差，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
在本发明中，优选的，所述相角确定模块包括：差值计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如以上任一项所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方法通过对检测信号进行规则化，寻找提离交叉点，利用提离交叉点确定对应的交流激励信号相角，将确定的相角作为激励条件对交流激励信号进行调整，进而对铁磁性材料待测件进行检测，获得波动极小的检测信号，通过蝶形图的方式即可获得准确的缺陷检测结果，削弱了提离效应对检测信号的影响，计算过程简单，现场适应性强，检测结果受探头抖动、提离效应等因素影响小，可有效提高缺陷检测精度。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法的流程图。
图2为本发明一实施例中不同提离高度的X方向磁场信号Bx1的示意图。
图3为本发明一实施例中无测试件情况下X方向磁场信号Bx1的示意图。
图4为本发明一实施例中不同提离高度的规则化检测信号Bx3的示意图。
图5为本发明一实施例中不同提离高度的规则化检测信号Bx3的提离交叉点的示意图。
图6为本发明一实施例中在第二交流激励信号下不同提离高度的X方向磁场信号Bx的示意图。
图7为本发明一实施例中在第二交流激励信号下不同提离高度的Z方向磁场信号Bz的示意图。
图8为本发明一实施例中在第二交流激励信号下不同提离高度的X方向磁场信号Bx和Z方向磁场信号Bz的蝶形图。
图9为本发明另一实施例中一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置的结构示意图。
附图中：1、第一检测模块；2、规则化模块；3、相角确定模块；4、第二检测模块；5、缺陷判断模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请同时参见图1至图8，本发明一较佳实施方式提供一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，首先利用无试件情况下ACFM获得的检测磁场信号，对含试件情况不同提离高度得到的检测磁场信号进行规则化；然后对不同提离高度规则化后的磁场信号计算方差，并根据方差最小化确定提离交叉点；之后根据提离交叉点对应激励信号相角确定激励条件，并获取不同提离高度情况下ACFM探头扫描含缺陷试件后的X方向磁场信号Bx和Z方向磁场信号Bz；最后根据磁场信号Bx和磁场信号Bz画出信号蝶形图。如图1所示，本方法具体包括：
S1，利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号。
利用交流激励信号（第一交流激励信号）在不同提离高度情况下对ACFM探头进行激励，获取不同提离高度情况下对应一个周期的原始检测信号，主要为X方向磁场信号Bx1，如图2所示。
优选的，若干不同提离高度可以是四个，分别为1mm、2mm、3mm、4mm，根据现有行标，研究ACFM提离通常不超过5mm，提离高度超过4mm后曲线差异很小，所以此处提离高度选择1mm、2mm、3mm、4mm。可以理解的是，提离高度选择两个以上即可，并不必须是四个，也不必须是上述的1mm、2mm、3mm、4mm等特定高度，此处选择1mm、2mm、3mm、4mm的提离高度是为本实施例特定需要，为叙述方便，以下内容无特别说明的，不同提离高度均指1mm、2mm、3mm、4mm的提离高度。
S2，利用第一交流激励信号进行无测试件检测，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号。
去掉被测铁磁性试件，利用与S1一样的交流信号（第一交流激励信号）对ACFM激励线圈进行激励，获取一个周期的X方向磁场信号Bx2，作为无测试件检测信号，如图3所示。
S3，分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号。
分别利用不同提离高度情况下获得的磁场信号Bx1（原始检测信号）减去不含铁磁性试件情况下获得的磁场信号Bx2（无试件检测信号），得到不同提离高度情况下的规则化检测信号Bx3，如图4所示。
S4，在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角。
不同提离高度情况下的规则化检测信号Bx3之间存在距离，在不同的时刻距离也不同，有些时刻规则化检测信号Bx3在不同提离高度之间的波动较大，距离也较大，此时的提离效应明显，对检测结果的影响较大，如以此时刻的交流激励信号图像进行缺陷判定则准确性较差；还有些时刻，规则化检测信号Bx3在不同提离高度之间的波动较小，距离也较小，甚至不同提离高度的规则化检测信号Bx3之间有交叉点，但是由于多条曲线没有一个共同的交叉点，因此无法直接确定一个交叉点作为提离交叉点，而只能通过一定的数学计算方法确定一个不同提离高度的规则化检测信号Bx3之间波动较小的点作为提离交叉点，此时的提离效应不明显，对检测结果的影响较小，可以达到抑制提离效应的目的。根据提离交叉时刻，即可计算出第一交流激励信号对应的相角（或称为相位、相位角），即为低干扰相角。
具体的，确定提离交叉时刻的方法有两种，一种为：计算不同提离高度的规则化检测信号Bx3在同一时刻的值的方差，对得到的方差进行对比，选择方差最小的点作为提离交叉点，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
方差计算公式为，其中/>为数据个数，/>为/>个数据的平均值，对计算得到的方差进行对比，选择方差最小值对应的点作为提离交叉点，对应提离交叉时刻，如图5所示。
另一种确定提离交叉时刻的方法为：计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
S5，将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号。
根据提离交叉时刻对应的激励信号相角（低干扰相角）确定激励条件，生成第二交流激励信号，在不同提离高度情况下，对带缺陷铁磁性试件利用ACFM探头进行扫描，获取不同提离高度情况下的检测信号，主要包括X方向磁场信号Bx和Z方向磁场信号Bz。
优选的，第一交流激励信号和第二交流激励信号的频率均为10kHz。在现场对铁磁性金属缺陷检测时，采用的交流激励信号的频率对检测信号的图像有一定的影响，当频率在10kHz及其以下时，检测信号的图像的变化幅度较大，频率越高，图像体现的特征越明显，当交流激励信号的频率高于10kHz时，检测信号的图像的变化幅度不大，因此选择第一交流激励信号和第二交流激励信号的频率均为10kHz较佳。
根据S4得到的激励信号相角确定激励条件，选择带缺陷铁磁性试件进行验证，在提离高度为1mm、2mm、3mm和4mm情况下，利用ACFM探头对试件进行扫描，获取不同提离高度情况下X方向磁场检测信号Bx和Z方向磁场检测信号Bz，根据X方向磁场信号Bx的极小值可以确定裂纹缺陷的深度，根据Z方向磁场信号Bz的波峰波谷间距可以确定裂纹缺陷的长度，Bx图像如图6所示，Bz图像如图7所示，可以看到1mm、2mm、3mm和4mm情况下，用来检测缺陷深度的Bx信号在无缺陷处，曲线在一个较小范围内变化，在缺陷处会出现明显的波谷；用来检测缺陷长度的Bz曲线在无缺陷处几乎重合，在缺陷处会出现明显的波动。表明本发明方法可以对提离效应做到有效抑制。
S6，根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
将X方向磁场信号Bx和Z方向磁场信号Bz作蝶形图进行判定，如果出现封闭圆环，就判定为存在缺陷，如果无封闭圆环，则没有缺陷存在。蝶形图是Bx信号为横坐标，Bz信号为纵坐标绘制出来的图形，根据ACFM原理，有缺陷时，Bx信号为图6所示的下凹的波谷，Bz信号为图7所示的波峰-波谷，蝶形图反映了Bx和Bz缺陷信息，有缺陷时会形成一个完整闭合的圆环。
选择带缺陷铁磁性试件进行验证，将X方向磁场信号Bx和Z方向磁场信号Bz作蝶形图，如图8所示，可以看出出现封闭圆环，可以实现裂纹缺陷准确识别。
蝶形图是同一提离高度下的X方向和Z方向信号绘制出来的，完整闭合的的蝶形图表示存在缺陷，通过观察不同蝶形图形状来判定缺陷。由于Bx曲线对高度变化更为敏感，高度改变会使得检测信号Bx幅值跳跃，Bx信号出现波动对检测结果产生负面影响。本发明提出的方法可以找到提离交叉点对应的相位，在该激励相位下检测信号Bx提离高度改变时，可以缩小不同提离高度的检测信号差异，进而达到提离抑制的目的。
如图9所示，本发明另一实施例还提供一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置，包括：
第一检测模块1，用于利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；
规则化模块2，用于分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号；
相角确定模块3，用于在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角；
第二检测模块4，用于将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号；
缺陷判断模块5，用于根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
在本发明一个优选的实施例中，相角确定模块3包括：
方差计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值的方差，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
在本发明另一优选的实施例中，相角确定模块3包括：
差值计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (9)
1.一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，其特征在于，包括：
S1，利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号；
S2，利用第一交流激励信号进行无测试件检测，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；
S3，分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号；
S4，在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角；
S5，将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号；
S6，根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
2.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，其特征在于，S4中所述在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻所采用的方法为：计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值的方差，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
3.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，其特征在于，S4中所述在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻所采用的方法为：计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
4.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，其特征在于，所述若干不同提离高度包括1mm、2mm、3mm、4mm。
5.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法，其特征在于，所述第一交流激励信号和第二交流激励信号的频率均为10kHz。
6.一种用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置，其特征在于，包括：
第一检测模块，用于利用第一交流激励信号对测试件进行检测，采集ACFM探头在若干不同提离高度的一个周期的X方向磁场信号，作为原始检测信号，采集ACFM探头在无测试件条件下的一个周期的X方向磁场信号，作为无试件检测信号；
规则化模块，用于分别利用不同提离高度的原始检测信号减去无试件检测信号，得到不同提离高度的规则化检测信号；
相角确定模块，用于在不同提离高度的规则化检测信号中确定提离交叉时刻，根据提离交叉时刻确定对应的第一交流激励信号的相角，作为低干扰相角；
第二检测模块，用于将低干扰相角作为激励条件生成第二交流激励信号，利用第二交流激励信号对待测件进行检测，采集待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号；
缺陷判断模块，用于根据待测件的X方向磁场信号和Z方向磁场信号在低干扰相角处的图像作蝶形图，根据蝶形图判定待测件是否存在缺陷。
7.根据权利要求6所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置，其特征在于，所述相角确定模块包括：
方差计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值的方差，确定不同提离高度的规则化检测信号的值的方差最小的时刻，作为提离交叉时刻。
8.根据权利要求6所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制装置，其特征在于，所述相角确定模块包括：
差值计算单元，用于计算不同提离高度的规则化检测信号在同一时刻的值之间的差值，将同一时刻的差值相加，得到差值和，确定差值和最小的时刻，作为提离交叉时刻。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至5中任一项所述的用于铁磁性材料检测的ACFM提离效应抑制方法。
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