專利名稱：磁致伸縮導波單方向檢測方法
技術領域：
本發明屬于無損檢測技術領域，具體涉及一種磁致伸縮導波單方向檢測方法。
背景技術：
超聲導波技術具有單點激勵，可以檢測一段距離的優點，近年來受到了廣泛關注， 而非接觸式磁致伸縮導波技術由于可以實現大提離條件下的檢測及接觸式磁致伸縮導波 技術耦合效率高等優點，而在工業界得到了廣泛的應用。申請號96193606. 1的發明專利申 請公開了一種利用磁致伸縮傳感器的管道和管子無損檢驗方法(
公開日為2003年6月18 日)，其中對磁致伸縮傳感器的激勵單元(發射器)和接收單元(接收器)進行了介紹。申 請號200710053208. X的發明專利申請公開了一種磁致伸縮導波無損檢測方法(
公開日為 2008年2月20日)，該發明對檢測信號進行處理的方法，實現了原本無法檢測的小缺陷檢 測，提高了檢測精度。申請號US6917196B2的發明專利申請公開了一種管道和管子扭轉波 激勵和檢測方法及設備(
公開日為2005年7月12日)，其中對接觸式磁致伸縮扭轉波傳 感器進行了介紹，傳感器由線圈和磁致伸縮帶組成。上述技術利用磁致伸縮效應進行檢測 時，在構件中激勵出的導波都是雙向傳播的，如果在接收信號中存在異常波形，對應位置不 是唯一的，同時由于雙向信號的疊加也增加了檢測信號分析的難度，從而影響到最終的檢 測結果。
發明內容
本發明提供一種磁致伸縮導波單方向檢測方法，目的在于克服雙向傳播時波形對
應位置不唯一，以及由于雙向信號的疊加增加檢測信號分析難度的不足，通過在構件中單
方向磁致伸縮導波的激勵和接收，提高對缺陷的檢測精度。
—種磁致伸縮導波單方向檢測方法，包括以下步驟 (1)依據被測構件的磁致伸縮導波檢測特定頻率確定激勵信號波長； (2)將兩個同型號的激勵傳感器和兩個同型號的接收傳感器安裝在被測構件上，
兩激勵傳感器的中心間距和兩接收傳感器的中心間距均為1/4激勵信號波長； (3)將兩激勵信號分別輸入兩激勵傳感器，兩激勵信號的頻率與上述導波檢測特
定頻率相同且相差1/4周期，從而在待測構件中激勵出單向傳播的導波，兩接收傳感器分
別接收導波信號，選擇將其中一個接收傳感器接收的導波信號延時1/4周期后與另一個接
收傳感器接收的導波信號相減，最終得到與激勵產生的單向導波同向的檢測信號。 所述兩個同型號激勵傳感器和兩個同型號接收傳感器采用兩個同型號的雙工傳
感器實現。 本發明的技術效果體現在由于利用單一磁致伸縮導波激勵傳感器在構件中激勵 出的導波是雙向傳播的，導致根據接收傳感器獲得的檢測信號無法唯一確定缺陷的位置。 本發明基于信號疊加原理，利用雙磁致伸縮導波激勵傳感器和雙接收傳感器，實現在構件 中單方向磁致伸縮導波的激勵和接收。本發明利用雙磁致伸縮激勵傳感器進行激勵，疊加后的激勵信號幅值加倍，從而提高了激勵能量，也提高了信噪比；同時，本發明利用雙磁致伸縮接收傳感器進行接收，接收到的兩個導波信號通過信號疊加處理能進一步提高信噪比，因而提高了缺陷的檢測精度。本發明不僅可以用于基于磁致伸縮效應的接觸式和非接觸式導波檢測，還可以用于電磁超聲檢測。
圖1是本發明檢測原理圖； 圖2是本發明實例的激勵傳感器和接收傳感器在鋼管上的安裝示意圖； 圖3是現有的單一激勵傳感器和單一接收傳感器的激勵信號示意圖和檢測信號
波形圖； 圖4是導波向左傳播時兩激勵傳感器的激勵信號示意圖； 圖5是導波向左傳播時兩接收傳感器接收到的導波信號波形圖； 圖6是導波向左傳播時兩接收傳感器處理得到的檢測信號波形圖； 圖7是導波向右傳播時兩激勵傳感器的激勵信號示意圖； 圖8是導波向右傳播時兩接收傳感器接收到的導波信號波形圖； 圖9是導波向右傳播時兩接收傳感器處理得到的檢測信號波形圖； 圖10是激勵傳感器和接收傳感器另一種布置示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明。 如圖1所示，磁致伸縮導波單方向檢測原理包括以下步驟根據被測構件磁致伸縮導波檢測的特定頻率確定激勵信號波長；將兩個同型號激勵傳感器A1、A2和兩個同型號接收傳感器Rl、 R2安裝在被測構件上，兩激勵傳感器和兩接收傳感器中心均相距1/4激勵信號波長。將激勵信號Sl超前激勵信號S21/4周期分別輸入到A1、A2，在構件中激勵出僅向左傳播的導波，兩個接收傳感器R1、R2接收到的信號為M1、M2，M1延時1/4周期與M2相減，得到向左傳播的檢測信號；將激勵信號S3落后激勵信號S41/4周期分別輸入到A1、A2，在構件中激勵出僅向右傳播的導波，兩個接收傳感器Rl、 R2接收到的信號為M3、 M4， M4延時1/4周期與M3相減，得到向右傳播的檢測信號。
以下提供一個實施例。 待測構件為長3035mm、內徑為32mm、外徑為38mm的鋼管，激勵傳感器和接收傳感器在鋼管上的安裝示意圖如圖2所示。為便于計算和安裝傳感器，使用波長為40mm的135KHz作為鋼管磁致伸縮導波的激勵頻率。 為了與本發明作比較，圖3示出了單一激勵傳感器和單一接收傳感器時的激勵信號示意圖和檢測信號。將單一激勵傳感器和單一接收傳感器安裝在鋼管上之后，利用計算機激勵出2個周期的正弦脈沖信號，通過磁致伸縮效應在鋼管中產生導波，接收傳感器利用逆磁致伸縮效應將導波信號轉換為電信號，經處理后得到檢測信號。圖3中標識為單一激勵傳感器激勵信號S，單一接收傳感器檢測信號M。檢測信號M中的標識為通過空氣耦合電磁脈沖信號P，通過接收傳感器的信號Ql，第一次左端部回波信號Q2，第一次右端部回波信號Q3，第二次右端部回波信號Q4。圖3中噪聲峰峰值為0. 07V， Ql、 Q2、 Q3、 Q4信號峰峰值分別為1. 294V、1. 181V、1. 130V、1. 046V， Ql、 Q2、 Q3、 Q4信號/噪聲峰峰值比值分別為18. 5、16. 9、16. 1、14. 9。 在本發明實例中，首先根據激勵頻率135KHz確定波長為40mm ;再將如圖1中所述的兩個同型號的激勵傳感器A1、A2安裝在鋼管上，激勵傳感器A1、A2中心相距10mm即1/4波長；將兩個同型號的接收傳感器R1、 R2安裝在鋼管上，兩個接收傳感器R1、 R2中心相距10mm即1/4波長。 圖4所示為導波向左傳播時兩激勵傳感器的激勵信號示意圖。利用計算機分別在Al、 A2中激勵出2個周期的正弦脈沖信號Sl、 S2，利用脈沖信號發生器設定SI超前S21.85us即1/4周期，在鋼管中激勵出僅向左傳播的導波。 圖5所示為導波向左傳播時兩接收傳感器接收到的導波信號。圖5中標識為接收傳感器R1接收到的導波信號M1，接收傳感器R2接收到的導波信號M2。導波信號M1中標識為通過空氣耦合電磁脈沖信號P1，導波向左傳播時第一次左端部回波信號E1，導波向左傳播時第一次右端部回波信號Fl ;導波信號M2中標識為通過空氣耦合電磁脈沖信號P2，導波向左傳播時第一次左端部回波信號E2，導波向左傳播時第一次右端部回波信號F2。圖5中噪聲峰峰值0. 077V， El、 Fl信號峰峰值分別為2. 45V、2. 082V， E2、 F2信號峰峰值分別為2. 336V、2. 071V，E1信號/噪聲峰峰值比值為31. 8，是圖3中Q2信號/噪聲峰峰值比值16. 9的1. 9倍，即控制導波向左傳播時第一次左端部回波信噪比提高了 0. 9倍；F1信號/噪聲峰峰值比值為27，是圖3中Q4信號/噪聲峰峰值比值14. 9的1. 8倍，即控制導波向左傳播時右端部回波信噪比提高了 0. 8倍。 圖6所示為導波向左傳播時兩接收傳感器處理得到的檢測信號。將導波信號M1延時1.85us即1/4周期與導波信號M2相減，最終得到與激勵出的導波同向的檢測信號。圖6中標識為導波向左傳播時兩接收傳感器處理后通過空氣耦合電磁脈沖信號P12，導波向左傳播時兩接收傳感器處理后第一次右端部回波信號F12。圖6中噪聲峰峰值0. 08V， F12信號峰峰值4. 115V。 F12信號/噪聲峰峰值比值為51. 4，是圖5中Fl信號/噪聲峰峰值比值27的1. 9倍，即接收傳感器處理得到的右端部回波信噪比提高了 0. 9倍；是圖3中Q4信號/噪聲峰峰值比值14. 9的3. 4倍，即控制導波向左傳播時兩接收傳感器處理得到的右端部回波信噪比提高了 2.4倍。 圖7所示為導波向右傳播時兩激勵傳感器的激勵信號示意圖。利用計算機分別在Al、 A2中激勵出2個周期的正弦脈沖信號S3、 S4，利用脈沖信號發生器設定S3落后S41.85us即1/4周期，在鋼管中激勵出僅向右傳播的導波。 圖8所示為導波向右傳播時兩接收傳感器接收到的導波信號。圖8中標識為接收傳感器R1接收到的導波信號M3，接收傳感器R2接收到的導波信號M4。導波信號M3中標識為通過空氣耦合電磁脈沖信號P3，導波向右傳播時通過接收傳感器的信號E3，導波向右傳播時第一次右端部回波信號F3 ;導波信號M4中標識為通過空氣耦合電磁脈沖信號P4，導波向右傳播時通過接收傳感器的信號E4，導波向右傳播時第一次右端部回波信號F4。圖8中噪聲峰峰值0. 077V， E3、F3信號峰峰值分別為2. 471V、2. 291V， E4、F4信號峰峰值分別為2. 544V、2. 316V，E3信號/噪聲峰峰值比值為33，是圖3中Ql信號/噪聲峰峰值比值18. 5的1. 8倍，即控制導波向右傳播時通過接收傳感器信號的信噪比提高了 0. 8倍；F4信號/噪聲峰峰值比值為30，是圖3中Q3信號/噪聲峰峰值比值16. 1的1. 8倍，即控制導波向右傳播時右端部回波信噪比提高了 0. 8倍。 圖9所示為導波向右傳播時兩接收傳感器處理得到的檢測信號。將導波信號M4延時1.85us即1/4周期與導波M3相減，最終得到與激勵出的導波同向的檢測信號。圖9中標識為導波向右傳播時兩接收傳感器處理后通過空氣耦合電磁脈沖信號P34，導波向右傳播時兩接收傳感器處理后通過接收傳感器的信號E34。圖9中噪聲峰峰值0. 08V，E34信號峰峰值4. 988V。 E34信號/噪聲峰峰值比值為62. 3，是圖8中E3信號/噪聲峰峰值比值33的1. 9倍，即接收傳感器處理得到的通過信號信噪比提高了 0. 9倍；是圖3中Ql信號/噪聲峰峰值比值18. 5的3. 4倍，即控制導波向右傳播時兩接收傳感器處理得到的通過信號信噪比提高了2.4倍。 激勵傳感器和接收傳感器的位置可以調整，不局限于圖1示例，圖10示出了兩激勵傳感器和兩接收傳感器另一種布置示意圖。兩激勵傳感器和兩接收傳感器中心間距均為1/4激勵信號波長。將兩激勵信號輸入激勵傳感器Al、 A2，且輸入Al的激勵信號超前輸入A2的激勵信號1/4激勵信號周期，在構件中激勵出僅向左傳播的導波，將接收傳感器R2接收的導波信號延時1/4激勵信號周期與接收傳感器Rl接收的導波信號相減，最終得到向左的檢測信號；將兩激勵信號輸入激勵傳感器A1、A2，且輸入A1的激勵信號落后輸入A2的激勵信號1/4激勵信號周期，在構件中激勵出僅向右傳播的導波時，將接收傳感器R1接收的導波信號延時1/4激勵信號周期與接收傳感器R2接收的導波信號相減，最終也得到向右的檢測信號。 雙工傳感器擁有激勵、接收傳感器二者的功能，既可以激勵，同時也能接收。兩個同型號激勵傳感器和兩個同型號接收傳感器可以采用兩個同型號的雙工傳感器實現。
實際檢測中，可根據缺陷相對傳感器的大致方位控制在待測構件中激勵出向左或向右傳播的導波，如果無法判斷缺陷相對傳感器的大致方位，則可以分別控制在待測構件中激勵出向左和向右傳播的導波即可。
權利要求
磁致伸縮導波單方向檢測方法，包括以下步驟(1)根據被測構件磁致伸縮導波檢測的特定頻率確定激勵信號波長；(2)將兩個同型號的激勵傳感器和兩個同型號的接收傳感器安裝在被測構件上，兩激勵傳感器的中心間距和兩接收傳感器的中心間距均為1/4激勵信號波長；(3)將兩激勵信號分別輸入兩激勵傳感器，兩激勵信號的頻率與上述導波檢測特定頻率相同且相差1/4周期，從而在待測構件中激勵出單向傳播的導波，兩接收傳感器分別接收導波信號，選擇將其中一個接收傳感器接收的導波信號延時1/4周期后與另一個接收傳感器接收的導波信號相減，最終得到與激勵產生的單向導波同向的檢測信號。
2. 如權利要求1所述的檢測方法，兩個同型號激勵傳感器和兩個同型號接收傳感器采 用兩個同型號的雙工傳感器實現。
全文摘要
磁致伸縮導波單方向檢測方法，屬于無損檢測領域。該方法將兩激勵信號分別輸入兩激勵傳感器，在待測構件中激勵出單向傳播的導波，兩接收傳感器分別接收導波信號，選擇將其中一個接收傳感器接收的導波信號延時處理后與另一個接收傳感器接收的導波信號相減，最終得到與導波同向的檢測信號。本發明利用雙磁致伸縮激勵傳感器進行激勵，疊加后的激勵信號幅值加倍，從而提高了激勵能量，也提高了信噪比；同時，本發明利用雙磁致伸縮接收傳感器進行接收，接收到的兩個導波信號通過信號疊加處理能進一步提高信噪比，提高了缺陷的檢測精度。
文檔編號G01N29/04GK101710103SQ20091027292
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者徐江, 武新軍, 湯歡 申請人:華中科技大學