JP2015534647A - 一種の磁歪導波検定信号処理方法及び装置 - Google Patents

一種の磁歪導波検定信号処理方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、一種の磁歪導波検定信号処理方法及び装置を公開する。【解決手段】 方法としては、原始検定信号を切り取って分析信号u(n)を得てから、帯域通過濾過分離を行ってx(n)を得る。動作信号長さがLと仮定し、M=[L/４]，R=[M/２]とする。初期i=０となり、データx(i),…,x(i+M-１)を切り取り、R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって特異マトリックスB及び特徴値λを取得し、λの中で中央値を下回る値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異変換を行ってマトリックスDを取得し、マトリックスDから処理後の信号yを還元し、それにそのエネルギーzを計算する。i=i+１とし、選択された分析区域の信号処理後のエネルギー計算を完成するまで上記ステップを繰り返すと、エネルギー分布図の歪曲特徴によって信号に欠陥があるか判断する。本発明を実施することによって、磁歪導波検定信号の信号対雑音比及び検定精度を有効に向上できる。【選択図】図１

Description

本発明は、非破壊検査分野に属し、具体に一種の磁歪導波検定信号処理方法及び装置に係る。
磁歪導波技術が非接触と表面研磨不要等の長所を有するので、ここ数年来工業中応用されてくる。例えば、特許文献１は、一種のステイケーブル錨泊区磁歪導波検定システムを公開した。特許文献２は、一種の磁歪導波検定中作動点の確定方法を公開した。特許文献３は、磁歪導波単一方向検定方法を公開した。特許文献４は、熱交換管内に使用されて検定に備える一種の磁歪導波センサー及びその検定方法を公開した。しかし、磁歪導波技術の非接触性の為、エネルギー交換効率が低く、信号の信号対雑音比が低いので、その応用を制約する一つの重要な要素になり、その一方、一般的な濾過分離手段は要求を満足できない。特許文献５は、磁歪導波検定信号の信号対雑音比を向上する一種の方法を公開した。ただし、標準信号採集に欠陥無しサンプルが必要であり、これは現場検定中なかなか不便である。
中国特許公開第101393173号公報 中国特許公開第101451976号公報 中国特許公開第101710103号公報 中国特許公開第102520057号公報 中国特許公開第101126743号公報
現有の技術の以上の欠陥又は改善ニーズに対して、本発明は、一種の磁歪導波検定信号向上方法及び装置を提供し、方法としては、ある閾値の下での背景騒音を抑制することによって磁歪導波信号エネルギー分布を取得し、外界干渉による信号への影響を削減した。当該方法は、標準サンプルを要らないので、現場応用を十分便利にする。
本発明において、その技術的な問題を解決するための技術ソリューションとしては、一種の磁歪導波検定信号処理方法を提供し、磁歪導波検定精度向上に備える。前記方法は下記ステップを含む。
S1：原始磁歪導波検定信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さであること、
S2：分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行って信号x(n)を取得し、これと同時に、i=0を初期化すること、
S3：窓幅Mの長方形窓を利用して信号x(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って行う処理し、その中で、M=[L/4]であり、Lが動作信号長さであること、
S4：構造R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りであること、
Figure 2015534647
S5、マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得すること、
Figure 2015534647
その中で、λjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなり、
S6：マトリックスBでの中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを得ること、
Figure 2015534647
S7：マトリックスDから、還元して処理後の信号y(i),y(i+1),…,y(i+M-1)を取得し、それに処理後の信号エネルギーzを計算すること；
S8：i=i+1とし、i=N+1-Mになり、それに選ばれた分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまでステップS3-S7を繰り返すこと。
本発明で述べた磁歪導波検定信号処理方法の中で、前記方法は下記ステップも含む。
S9：ステップS8で計算された選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描くこと、
S10：エネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品に欠陥有無を判断することを含むこと。
以上と相応して、本発明はまた一種の磁歪導波検定信号処理装置を提供し、磁歪導波検定精度向上に備え、前記装置は下記成分を含む。
原始磁歪導波信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さである信号切り取りユニット、
前記信号切り取りユニットと接続し、分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行うことによって信号x(n)を取得することに備える帯域通過濾波器、
前記帯域通過濾波器と接続し、信号x(n)に対して騒音を除去し、その騒音除去後のエネルギー分布計算に備える信号処理ユニット。
前記信号処理ユニットが窓幅Mの長方形窓で信号x(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って処理し、その中で、M=[L/4]となり、Lが動作信号長さであり、i=0を初期化し、
それにR*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りであり、
Figure 2015534647
マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得し、
Figure 2015534647
その中で、λjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなり、
マトリックスBでの中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを得て、
Figure 2015534647
マトリックスDから、還元して処理後の信号y(i),y(i+1),…,y(i+M-1)を取得し、それに処理後の信号エネルギーzを計算し、
i=i+1とし、窓幅Mの長方形窓で繰り返してデータx(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って処理し、i=N+1-Mになり、それに選択分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまで前記処理を続ける。
前記装置は信号処理ユニットに接続する欠陥検定ユニットも含み、前記欠陥検定ユニットが前記計算で得られた選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描き、それにエネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品の欠陥有無を判断する。
本発明の原理は、磁歪導波が構造部品で群速度で伝播される場合、欠陥及びその他の非規則構造の存在により、弾性波に反射、屈折及び透過等の変化があり、これで相応位置での信号波形及び伝播エネルギーの変化が発生することである。現有技術の中で、欠陥無しサンプル採集標準信号が必要であり、これから測定待ち信号と欠陥無し標準信号に対して差分処理等を行い、このような方式は、現場検定に不利である。もう一方、本発明の中で、ある閾値の下での背景騒音を抑制することによって磁歪導波信号エネルギー分布を取得し、外部干渉による信号に対する影響を削減し、信号対雑音比を向上することによって磁歪導波信号検定の感度を向上した。当該方法は標準サンプルを要らないので、現場応用を著しく便利にした。
本発明での磁歪導波検定信号処理方法のフロー図である。 本発明での磁歪導波検定信号処理装置の構造見取り図である。 本発明の一つの具体実施形態における欠陥付き標準サンプル配管の実験レイアウト図である。 本発明の一つの具体実施形態における外径２５mm、内径２０mmの欠陥付き配管で検定された原始信号図である。 欠陥付き配管検定信号の切り取りにより取得された分析信号図である。 欠陥付き配管分析信号における本発明前記方法処理後の結果図である。 本発明の一つの具体実施形態における欠陥無し標準サンプル配管の実験レイアウト図である。 外径２５mm、内径２０mmの欠陥無し標準サンプル配管で検定された原始信号図である。 欠陥無し配管検定信号の切り取りにより取得された分析信号図である。 欠陥無し配管分析信号における本発明前記方法処理後の結果図である。
本発明の目的、技術ソリューション及び長所を一層はっきりにする為に、次に添付図及び実施形態を併せて、本発明を更に詳細細に説明する。理解すべきなこととしては、ここで説明する具体的な実施形態は、本発明の解釈に備えるだけで、本発明を限定することではないことである。この上、次に説明する本発明の各実施形態に関わる技術特徴が互いに衝突を生じないようにしさえすれば、相互に組み合わせても良い。
図１は、本発明の一つの実施形態における磁歪導波検定精度向上方法のフロー図である。図１で示すように、本発明において磁歪導波検定信号を強化する方法は下記ステップを含む。
S1：原始磁歪導波検定信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さであること。
S2：分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行って信号x(n)を取得し、これと同時に、i=0を初期化すること。
S3：窓幅Mの長方形窓を利用して信号x(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って行う処理し、その中で、M=[L/4]であり、Lが動作信号長さであること。
S4：構造R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りであること。
Figure 2015534647
S5：マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得すること。
Figure 2015534647
その中で、λjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなること。
S6：λmed=median(λ1, λ2,…, λR)とし、λj＜λmed (1≦j≦Rの場合)、λj =0とし、マトリックスCを取得し、即ち、マトリックスBにおいて中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを取得し
Figure 2015534647
となること。
S7：マトリックスDから、還元して処理後の信号y(i),y(i+1),…,y(i+M-1)を取得し、それに処理後の信号エネルギーzを計算すること。
S8：i=i+1とし、i=N+1-Mになり、それに選ばれた分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまでステップS3-S7を繰り返すこと。
S9：ステップS8で計算された選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描くこと。
S10：エネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品に欠陥有無を判断すること。
図2は、本発明での磁歪導波検定信号処理装置の構造見取り図である。図2に示すように、本発明の磁歪導波検定信号処理装置は、信号切り取りユニット１、信号切り取りユニット１に接続する帯域通過濾波器２、帯域通過濾波器２に接続する信号処理ユニット３及び信号処理ユニット３に接続する欠陥検定ユニットを含む。その中で、信号切り取りユニット１が原始磁歪導波信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さである。帯域通過濾波器２が分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行って信号x(n)を取得する。信号処理ユニット３が信号x(n)に対して騒音を除去し、それに経過する騒音除去後エネルギー分布を計算する。その中で、
前記信号処理ユニット３が窓幅Mの長方形窓で信号x(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って処理し、その中で、M=[L/4]となり、Lが動作信号長さであり、i=0を初期化する。
R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りである。
Figure 2015534647
マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得する。
Figure 2015534647
その中で、λjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなる。
マトリックスBにおいて中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを得る
Figure 2015534647
マトリックスDから信号y(i),y(i+１),…,y(i+M-１)を還元する。
i=i+1とし、窓幅Mの長方形窓で繰り返してデータx(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って処理し、i=N+1-Mになり、それに選択分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまで前記処理を続ける。
欠陥検定ユニット４が、前記計算による選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描き、それに、エネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品に欠陥有無を判断する。
次に本発明の内容に結びついて一つの具体的な実施形態を提供する。
図３で示すように、測定待ち構造部品が外径２５mm、内径２０mm、管長さ２８００mmの欠陥付き熱交換管であり、作動コイルが管左端から１００mm離れ、受け取りコイルが管左端から６００mm離れ、左端から２０００mm離れる箇所に一つの直径Φ５の通し穴欠陥があり、作動周波数が９０kHzであり、試料採取周波数が２０００kHzであり、導波速度が約３２００m/sである。欠陥付き熱交換管から取得された原始信号は図４で示すようであり、その中で電磁パルス信号M、第一回受信センサーを通す信号Sと第一回末端反射信号S1を含む。分析便利の為に、図４におけるSとS1の間の信号を切り取って欠陥管付き分析信号とする。図５で示すようである。計算の結果、図５の中でt=１．０３ms箇所に欠陥信号があるが、図の中で欠陥を識別できない。窓幅６の長方形窓を選び、３*４のマトリックスを作り上げ、本方法で欠陥付き管の分析信号を処理する。図６は、欠陥付き管の分析信号が本方法で処理された後得られたエネルギー分布図である。図６の中で、エネルギーは、１．０３ms箇所に明らかな歪曲Pがあり、P箇所でのピーク値に大幅の突然変異があり、それに、この箇所で発生した時間が理論上欠陥信号発生の時間と当てはまるので、当該歪曲が欠陥によるものと確認する。
別途に一本の欠陥付き管と同じ仕様の欠陥無し熱交換管を取り、その実験配置、作動周波数、試料採取周波数と導波速度は全部、欠陥付き管実験と同じである。図７は、欠陥無し管の実験レイアウト図である。図８は、欠陥無し管実験で得られた原始信号であり、図８におけるSとS1の間の信号を切り取って欠陥無し管の分析信号とし、図９は、切り取りで得られた欠陥無し管の分析信号である。図１０は、欠陥無し管分析信号が本方法で処理された後のエネルギー分布図であり、図の中で欠陥付き管のエネルギー分布図(図６)に発生する明らかな歪曲が存在しないので、本方法が有効的な且つ信頼的な方法であるのを証明できる。
本分野的技術者が理解し易いように、前記のべたものは、本発明の好ましい実施形態だけで、本発明を制限せず、本発明の精神及び原則内で行われる如何なる修正、等同代替及び改善等は全部本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (4)

  1. 磁歪導波検定精度向上に備え、下記ステップを含み、即ち、
    S1：原始磁歪導波検定信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さであること、
    S2：分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行って信号x(n)を取得し、これと同時に、i=０を初期化すること、
    S3：窓幅Mの長方形窓を利用して信号x(i),x(i+１),…,x(i+M-１)を切り取って行う処理し、その中で、M=[L/４]であり、Lが動作信号長さであること、
    S4：構造R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りであること、
    Figure 2015534647
    S5：マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得し、
    Figure 2015534647
    その中でλjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなること、
    S6：マトリックスBでの中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを得ること、
    Figure 2015534647
    S7：マトリックスDから、還元して処理後の信号y(i),y(i+１),…,y(i+M-１)を取得し、それに処理後の信号エネルギーzを計算することと、
    S8：i=i+１とし、i=N+１-Mになり、それに選ばれた分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまでステップS3-S7を繰り返すことを含むことを特徴とする一種の磁歪導波検定信号処理方法。
  2. 前記方法もまた下記ステップ、即ち、
    S9：ステップS8で計算された選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描くことと、
    S10：エネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品に欠陥有無を判断することを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁歪導波検定信号処理方法。
  3. 磁歪導波検定精度向上に備え、
    原始磁歪導波信号を切り取り、分析信号u(n)を取得し、n≦Nとなり、Nが前記分析信号u(n)の長さである信号切り取りユニットと、
    前記信号切り取りユニットと接続し、分析信号u(n)に対して帯域通過濾過分離を行うことによって信号x(n)を取得することに備える帯域通過濾波器と、
    前記帯域通過濾波器と接続し、信号x(n)に対して騒音を除去し、その騒音除去後のエネルギー分布計算に備える信号処理ユニットとを含み
    前記信号処理ユニットが窓幅Mの長方形窓で信号x(i),x(i+1),…,x(i+M-1)を切り取って処理し、その中で、M=[L/4]となり、Lが動作信号長さであり、i=0を初期化し、
    R*(M-R+１)のマトリックスAを作り上げ、R=[M/２]となり、マトリックスAが下記の通りであり、
    Figure 2015534647
    マトリックスAに対して特異値分解を行うことによって、特異マトリックスBを取得し、
    Figure 2015534647
    その中で、λjが特徴値であり、j=1,2,…Rとなり、
    マトリックスBでの中央値を下回る特徴値をリセットしてマトリックスCを取得し、マトリックスCに対して逆特異値変換を行うことによってマトリックスDを得、
    Figure 2015534647
    マトリックスDから、還元して処理後の信号y(i),y(i+１),…,y(i+M-１)を取得し、それに処理後の信号エネルギーzを計算し、
    i=i+１とし、窓幅Mの長方形窓で繰り返してデータx(i),x(i+１),…,x(i+M-１)を切り取って処理し、i=N+１-Mになり、それに選択分析区域の信号の処理後エネルギー計算を完成するまで前記処理を続けることを特徴とする一種の磁歪導波検定信号処理装置。
  4. 前記装置は信号処理ユニットに接続する欠陥検定ユニットを含み、前記欠陥検定ユニットが前記計算で得られた選択分析区域処理後の信号エネルギーに応じて、エネルギー分布図z(n)を描き、それにエネルギー分布図z(n)の歪曲性に応じて、測定待ち構造部品の欠陥有無を判断することを特徴とする請求項3に記載の磁歪導波検定信号処理装置。
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