專利名稱：一種提高脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)信噪比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵磁性材料無損檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種提高脈沖渦流檢 測(cè)信號(hào)信噪比的方法。
背景技術(shù)：
脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)是不同于常規(guī)渦流檢測(cè)方法的一種新的方法，它能 夠突破傳統(tǒng)渦流檢測(cè)技術(shù)中趨膚效應(yīng)的限制，探測(cè)金屬材料中深層次的缺 陷。這種方法是向靠近試件的激勵(lì)線圈中通以脈沖形式的電流，在電流消 失的瞬間，待測(cè)試件中會(huì)感應(yīng)出渦流，而渦流的頻率成分與其穿透深度密 切相關(guān)，由于脈沖式的激勵(lì)頻帶寬，其中包含了低頻成分，因此試件中感 應(yīng)的渦流也包含相應(yīng)的穿透能力很強(qiáng)的低頻成分。脈沖渦流響應(yīng)本質(zhì)上就 是一種脈沖響應(yīng)，將試件和信號(hào)調(diào)理的電子電路看成一個(gè)系統(tǒng)，那么信號(hào) 就是一條隨時(shí)間衰變的脈沖響應(yīng)曲線。通過在時(shí)域?qū)π盘?hào)進(jìn)行濾波，除去 高頻成分，然后對(duì)渦流衰減時(shí)間進(jìn)行計(jì)算和處理，就能夠得到被測(cè)構(gòu)件狀 況的信息，如由于腐蝕引起的金屬截面積損失等。
對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行脈沖渦流檢測(cè)時(shí)，脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)十分微弱，在 附r甚至/^級(jí)，而對(duì)信號(hào)的分析和特征量的提取是在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行的，對(duì) 波形要求比較高。在實(shí)際使用過程中，由于空間電磁場(chǎng)的存在和供電電源 的影響，實(shí)際測(cè)量得到的信號(hào)必然包括某些周期或準(zhǔn)周期噪聲。另外，由 于濾波和放大電子電路自身會(huì)給信號(hào)帶來溫度漂移，因此信號(hào)中還含有溫 度漂移引起的直流分量。周期噪聲干擾會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)衰減特性的判別， 而直流漂移則會(huì)影響信號(hào)定量分析中某些比較閾值的設(shè)定。對(duì)周期噪聲的 濾除，比較通用的方法是采用頻譜變換方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析后，設(shè) 計(jì)相應(yīng)頻率的陷波濾波器，從而將相應(yīng)頻率成分去除，采用該方法對(duì)信號(hào)在時(shí)間域進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，會(huì)造成信號(hào)波形失真，從而影響到脈沖渦流檢測(cè)信 號(hào)的衰減特性判別，不能滿足檢測(cè)要求。對(duì)于信號(hào)直流分量的去除，硬件 上實(shí)現(xiàn)需要增加額外的調(diào)零電位器且較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)零。已有的有關(guān)脈沖
渦流檢測(cè)專利CN1242263C， CN1250931， CN1155795C中，僅給出裝置結(jié) 構(gòu)和計(jì)算方法，對(duì)檢測(cè)信號(hào)中干擾噪聲的去除并未涉及。公開號(hào) CN1665443A， CN100371940C的專利對(duì)生理信號(hào)中周期性信號(hào)的處理方法 進(jìn)行研究，專利CN1665443A中描述的方法乃是對(duì)生理信號(hào)中周期性非對(duì) 稱信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)，提取信號(hào)中某些特征值并以這些特征值作為設(shè)計(jì)頻譜濾 波器的依據(jù)，該頻譜濾波器能夠?qū)Ψ菍?duì)稱的信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)。專利 CN100371940C則是將生理信號(hào)分解成一系列極點(diǎn)的加權(quán)和，通過考察極點(diǎn) 和其權(quán)值的數(shù)值關(guān)系并且將之與已建立的參數(shù)數(shù)據(jù)庫比較，從而判斷對(duì)象 的生理或心理狀況，輸出評(píng)估結(jié)果。但以上專利中所提及的方法不適用于 脈沖渦流信號(hào)的處理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高脈沖渦流信號(hào)信噪比的方法，該方法 可提高儀器的抗千擾能力，進(jìn)而提高儀器的檢測(cè)精度，擴(kuò)展儀器的適用范 圍。
一種提高脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)信噪比方法，包括以下步驟-
1) 將脈沖渦流傳感器放置于被測(cè)構(gòu)件上，得到一組原始信號(hào);q,測(cè)量
時(shí)間區(qū)間為
，其中f的取值范圍為[100ms， 10s];
2) 截取時(shí)間區(qū)間[f-2TV-r]和[卜7V]兩個(gè)區(qū)間段內(nèi)的信號(hào)^,V，其 中截取時(shí)長7取值范圍為
和[/-7V]兩個(gè)區(qū)間 段信號(hào)的積分值，記為c和c';4) 令^Hc-c'l，將^與預(yù)定門限值《比較，若^<",，進(jìn)入步驟5)，否則，延長原始信號(hào)x,的測(cè)量時(shí)間t，轉(zhuǎn)入步驟l);
5) 將信號(hào)^在時(shí)間區(qū)間[(V]內(nèi)進(jìn)行周期延拓，得到信號(hào)x;;
6) 將信號(hào)A與^相減，得到信號(hào)A;
7) 對(duì)信號(hào)x,進(jìn)行中值濾波，得到最終處理后的信號(hào)^。
由于脈沖渦流傳感器本質(zhì)上得到的是某一空間內(nèi)渦流場(chǎng)的衰減信號(hào)，因此，在測(cè)量信號(hào)最后區(qū)間內(nèi)得到的信號(hào)不僅包含有被測(cè)構(gòu)件狀況的信息，而且包含空間電磁波干擾，電路零點(diǎn)漂移等噪聲信息，采用本發(fā)明得到的信號(hào)不但可濾除各種周期和準(zhǔn)周期性干擾而且可消除溫度、電路元件特性變化等緩變因素引起的零點(diǎn)漂移。
圖1是本發(fā)明步驟流程圖2是脈沖渦流檢測(cè)到的原始信號(hào)波形圖3是截取信號(hào)結(jié)束部位，位于時(shí)間區(qū)間[卜^。的波形圖4是將圖3所示波形在時(shí)間區(qū)間[G，"內(nèi)周期延拓以后得到的波形圖5是原始信號(hào)與圖4信號(hào)相減后得到的信號(hào)波形圖6是將圖5中信號(hào)中值濾波后得到的信號(hào)波形；
圖7是信號(hào)處理前后的波形對(duì)比效果圖8是用于模擬金屬腐蝕的臺(tái)階鋼板結(jié)構(gòu)圖9是在臺(tái)階鋼板上厚度分別為20mm和10mm的區(qū)域得到的脈沖渦流檢測(cè)原始信號(hào)波形圖10是20mm區(qū)域上脈沖渦流檢測(cè)原始信號(hào)結(jié)束部分，時(shí)間區(qū)間[380ms，400ms]的波形圖11是將圖10中的波形在
時(shí)間區(qū)間內(nèi)周期延拓后得到的波形圖12是20mm區(qū)域信號(hào)除去周期、準(zhǔn)周期噪聲和直流偏置后的信號(hào)
5波形圖13是圖12所示信號(hào)中值濾波后得到的信號(hào)波形圖14是20mm區(qū)域信號(hào)處理前后的波形對(duì)比效果圖；圖15是10mm區(qū)域信號(hào)處理前后的波形對(duì)比效果圖；圖16是20mm和lOrnm區(qū)域的脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)經(jīng)處理后的波形圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1所示步驟，首先將脈沖渦流傳感器放置于被測(cè)構(gòu)件上，得到一組原始信號(hào)x,，如圖2所示。測(cè)量時(shí)間區(qū)間為[O,小其中f的取值在100ms到10s之間，例如對(duì)于厚度為20mm的鐵板，f的取值可為200ms到400ms。
截取時(shí)間區(qū)間[卜27V-r]和[Y-7V]兩個(gè)區(qū)間段內(nèi)的信號(hào)^，V，如圖3所示，其中r取值范圍為0.2%"到20%"。例如對(duì)于厚度20mm的鐵板，T的一個(gè)可能取值為5%"。然后分別求取^和V段的積分值，記為c和c'，令J=|c-c'l。將"與預(yù)先設(shè)定的門限值《比較，《是一個(gè)與信號(hào)放大倍數(shù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件分辨率和周圍環(huán)境噪聲強(qiáng)度有關(guān)的量，J,的取值滿足如下規(guī)律信號(hào)放大倍數(shù)越小，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件分辨率越高，環(huán)境噪聲強(qiáng)度越小，《的值越小，反之亦然。若"<",，將A信號(hào)在時(shí)間區(qū)間
內(nèi)進(jìn)行周期延拓，如圖4所示，得到信號(hào)x;。將信號(hào);c,與A相減，得到如圖5所示的信號(hào)A，然后對(duì)信號(hào)x,進(jìn)行中值濾波，得到最終處理后的信號(hào)^，如圖6所示。若"4，則需要延長原始信號(hào)x,的測(cè)量時(shí)間，并且重復(fù)步驟1 4，直到rf〈《時(shí)方可用本方法處理信號(hào)。圖7為信號(hào)處理前后的波形對(duì)比，由圖7可知，原信號(hào)中夾雜的準(zhǔn)周期噪聲、白噪聲和直流偏置都基本被消除，曲線平滑度變好。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在一種脈沖渦流測(cè)量系統(tǒng)中，存在工頻干擾和其他各種電磁波干擾，這些干擾使脈沖渦流信號(hào)受到周期性或準(zhǔn)周期性噪聲污染，這樣的原始波形是不能直接用于信號(hào)定量分析的。
模擬金屬腐蝕的鋼板結(jié)構(gòu)圖如圖8所示，該鋼板成階梯形，其厚度分別為20mm和10mm，長1000mm，寬500mm 。采用脈沖渦流傳感器在20mm和10mm區(qū)域上得到的脈沖響應(yīng)原始信號(hào)波形如圖9所示，在此實(shí)施例中脈沖渦流原始信號(hào)的測(cè)量時(shí)間為400ms。
在鋼板的20mm厚區(qū)域執(zhí)行圖1所示的步驟，取總時(shí)間長度的5%即時(shí)長20ms的信號(hào)結(jié)束部分波形，其時(shí)間區(qū)間為[380ms,400ms],如圖IO所示。再取與此信號(hào)相鄰，時(shí)間區(qū)間為[360ms，380ms]的信號(hào)波形并對(duì)這兩段信號(hào)求取面積積分，求得積分值分別為1.3919和1.3978。對(duì)于本測(cè)量系統(tǒng)，取《=0.01，由于《〉11.3919-1.3978|=0.0059，因此原始信號(hào)滿足本方法處理的條件。
將區(qū)間[380ms,400ms]的波形進(jìn)行周期延拓，得到和原始信號(hào)長度相同的波形，如圖11所示。將圖9所示波形和圖11所示波形相減，得到圖12所示的波形。對(duì)圖12所示波形進(jìn)行中值濾波，得到如圖13所示的波形。將處理前后的波形進(jìn)行比較，如圖14所示，準(zhǔn)周期干擾和直流偏置(電壓漂移)以及白噪聲干擾都被有效抑制。
對(duì)于10mm區(qū)域的原始信號(hào)重復(fù)圖1所示的步驟，得到如圖15所示的波形。將圖14和圖15中處理完畢的信號(hào)放置于同一個(gè)坐標(biāo)系中比較，如圖16所示，可見處理后信號(hào)中的噪聲分量得以消除，曲線平滑度變好，溫漂等因素引起的直流偏置影響也被消除，相對(duì)于板厚的變化，兩條曲線呈現(xiàn)出衰減速率不同的差異。因此，可以提取信號(hào)特征值進(jìn)行進(jìn)一步的定量分析。
權(quán)利要求
1、一種提高脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)信噪比方法，包括以下步驟1)將脈沖渦流傳感器放置于被測(cè)構(gòu)件上，得到一組原始信號(hào)x1，測(cè)量時(shí)間區(qū)間為
，其中t的取值范圍為[100ms，10s]；2)截取時(shí)間區(qū)間[t-2T，t-T]和[t-T，t]兩個(gè)區(qū)間段內(nèi)的信號(hào)x2，x2′，其中截取時(shí)長T取值范圍為
；3)分別求取信號(hào)x2和x2′的包絡(luò)面積即[t-2T，t-T]和[t-T，t]兩個(gè)區(qū)間段信號(hào)的積分值，記為c和c′；4)令d＝|c-c′|，將d與預(yù)定門限值dt比較，若d<dt，進(jìn)入步驟5)，否則，延長原始信號(hào)x1的測(cè)量時(shí)間t，轉(zhuǎn)入步驟1)；5)將信號(hào)x2在時(shí)間區(qū)間
內(nèi)進(jìn)行周期延拓，得到信號(hào)x3；6)將信號(hào)x1與x3相減，得到信號(hào)x4；7)對(duì)信號(hào)x4進(jìn)行中值濾波，得到最終處理后的信號(hào)x5。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于提高脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)信噪比的方法，通過首先從原始信號(hào)中截取某一時(shí)間區(qū)間段的一段波形，并且判斷這段信號(hào)是否為不攜帶試件信息的純?cè)肼曅盘?hào)，如果是，則對(duì)該準(zhǔn)周期信號(hào)進(jìn)行周期延拓得到和原始信號(hào)長度相同的信號(hào)，并將原始信號(hào)與該周期延拓得到的信號(hào)相減，最后對(duì)相減后得到的信號(hào)進(jìn)行中值濾波。通過采用該方法，可有效濾除脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)中各種空間電磁場(chǎng)干擾信號(hào)和白噪聲，同時(shí)抑制信號(hào)漂移，提高儀器系統(tǒng)的抗干擾能力。
文檔編號(hào)G01N27/90GK101520434SQ20081004768
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者康宜華, 江 徐, 林樹青, 武新軍, 沈功田, 坤 石, 琛 黃 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué);中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院