针对涡电流仪提供稳定显示的电路和方法技术

本发明专利技术涉及针对涡电流仪提供稳定显示的电路和方法。一种使用差分涡电流探头的旋转式螺栓孔涡电流检查扫描器，该扫描器的电路利用具有以下三种滤波器的滤波电路来实施：FIR(有限脉冲响应)、低通滤波器和(利用希尔伯特变换的)相位控制滤波器。在扫描器大幅改变其旋转速率的情况下，对螺栓孔的扫描的结果是阻抗平面上的大小稳定的呈“反向6”形状的输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无损测试和检查(NDT/NDI)，尤其涉及用以实现测试结果中的稳定显示的、具有旋转式扫描器实现的涡电流检查仪的改进的信号处理电路。
技术介绍
涡电流探头使用流经线圈并且生成振荡磁场的交流电流。如果使探头及其磁场靠近如金属测试片的导电材料，则称为涡电流的环形电子流移动经过该金属并且生成经由互感与线圈及其场相互作用的涡电流自身的磁场。金属厚度的变化或如近表面裂纹的缺陷扰乱或改变涡电流及由此得到的磁场的振幅和图形。这反过来通过改变线圈的电阻抗来影响线圈中的电子的移动。涡电流仪对阻抗振幅和相位角的变化进行绘图，受过训练的操作员可以使用阻抗振幅和相位角的这些变化来识别测试片中的变化。涡电流仪的一个用途是通常利用自动旋转式扫描器来检查螺栓孔内部的裂纹。使用在x轴上绘制线圈电阻并且在y轴上绘制感抗的阻抗平面图来显示从探头返回的信号。该图的变化与测试片中的变化相对应。常规地，旋转式扫描器使用“双探头”或差分涡电流探头来扫描螺栓孔的内部。在差分探头(两个探头)经过一个或数个裂纹的情况下，差分探头的直接响应在显示器上示为数字“8”，两个圆的结表示裂纹正好处于两个线圈传感器之间的时刻。来自插入到具有标准裂纹缺陷的测试块中的探头的信号通常在阻抗平面上产生如“数字8”的显示。在使用以这种方式来配置的仪器的情况下，分析员可能不慎忽略这些缺陷，这是由于这些缺陷以看起来非常相似的方式产生与标准裂纹“数字8”非常相似、但进行了翻转的显示图案。在对涡电流旋转式扫描器进行校准时，涡电流领域的工程师在阻抗平面显示上寻找“反向6”图形来作为管或螺栓孔检查的标准指示(标准裂纹)或默认状态的指示是早就已知的实践。该校准设置通常是作为标准指示显示的“数字8”的优选替代。在存在诸如裂纹或腐蚀等的异常的情况下，“反向6”在某种程度上在形状或方向上发生改变。尽管原始检测信号响应呈现为“数字8”，但由于异常经常在坐标系的第一区域中示出并且“数字8”混淆异常的观察，因此这是不期望的。在现有实践中，使用无线脉冲响应(IIR)滤波器对低于某个频率的信号的频率响应的相位进行偏移。这种类型的现有技术设计所具有的一个问题是其使得现场检查人员必须应对在旋转式扫描器的每分转数(RPM)速度发生改变的情况下“反向6”大小发生大幅改变、或者改变为“数字8”的情形。在频率下降的情况下，“反向6”的大小变小；在频率上升的情况下，“反向6”的大小变大；并且在频率上升到IIR滤波器的范围以外的情况下，显示“数字8”。考虑到以上背景信息，通过设计在不需要重新调整涡电流仪的振幅和频率设置的情况下提供涡电流检查结果的稳定显示的解决方案将具有重大经济价值。诸如用于螺栓孔检查等的旋转式扫描器将花费更少时间并且更有效。将在视觉上更加愉悦地对检查任务进行处理。
技术实现思路
本专利技术的总目的是提供一种产生检查筒状腔内部的涡电流差分探头的响应的受控和系统显示的信号处理和绘图方法。本专利技术的另一目的是独立于低通和高通滤波器参数来控制相位。一个实现是使用90度的相位偏移为固有和确定的希尔伯特(Hilbert)变换，并且检查人员可以容易地从理想差分探头信号切换至相位偏移的差分信号。在针对应用进行优化之后，可以使高通和低通滤波器的频率设置与旋转式螺栓孔扫描器的RPM设置相关联，以提供由于孔中的探头摩擦而引起的合理变化范围，同时维持大致恒定的显示信号大小。本专利技术的另一目的是使用希尔伯特变换对高通滤波器的频率响应的“平坦”范围内的信号进行相位偏移，以使得在显示探头信号的相位偏移变量的同时马达速度变化不引起不稳定的信号振幅(以及所得到的图像大小)。本专利技术的优选实施例使用三种有限脉冲响应(FIR)滤波器：低通、高通和(利用希尔伯特变换的)相位控制。实时计算和加载FIR滤波器的系数，其中可以实现理想差分和相位偏移响应。通过使用向低通和高通滤波器所设置的通带中的所有频率自动提供90度相位偏移的FIR希尔伯特变换来简化相位控制。使用FIR希尔伯特变换方法的优势归因于其与频率无关的相位变化。结果，可以在高通和低通滤波器设置与扫描器马达速度设置之间建立滤波器参数。在检查人员改变旋转式扫描器速度的情况下，滤波器还可以被自动重新配置为以新的探头旋转速率提供相同的检查的频率。所有设置都产生相同的信号振幅和图像大小。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的信号处理电路的示意图。图2a是使用IIR用于进行相位偏移的现有技术电路所处理的原始波形和处理后波形的示意图。图2b是根据本专利技术的具有FIR和希尔伯特变换的处理电路所处理的原始波形和处理后波形的示意图。图3是从原始检测信号到使用根据本专利技术的电路处理了的信号的波形的阶段的示意图。图4是实现与图3所示目的相同的目的的可选信号处理电路方法。具体实施方式应当注意，这里作为数字电路来描述的所有功能还可以使用模拟电路来实现。模拟方法已经实践了许多年，并非仅通过数字方法就能够得以改进，并且应当落入本专利技术的范围。还应当注意，本专利的核心概念是包括宽频率范围的相位偏移滤波器。可以如本专利技术所示直接实现、或者可以通过用以组成复合滤波器而共同使用的其它频率敏感电路的使用来间接实现希尔伯特变换的使用。参考图1，使用涡电流前端电路2的典型实施例将从附着于旋转式螺栓孔扫描器(未示出)的探头2a返回的信号数字化。电路2提供数字化信号。本专利技术的电路包括前端电路2、直接数字合成器(DDS)4、用于正弦波的同步检测器6a、用于余弦波的同步检测器6b、用于正弦波的可调低通滤波器8a、用于余弦波的可调低通滤波器8b、用于正弦波的可调高通滤波器10a、用于余弦波的可调高通滤波器10b、用于正弦波的第一希尔伯特变换滤波器12a、用于余弦波的第二希尔伯特变换滤波器12b和数字信号处理器14。DDS4、同步检测器6a和6b、可调低通滤波器8a和8b、可调高通滤波器10a和10b、希尔伯特变换滤波器12a和12b和数字信号处理器14在这里统称为数字信号处理电路。应当注意，数字化信号下游的信号称为响应信号，而针对该响应信号的各阶段存在其它特定术语，诸如原始检测信号S3和S3’等。继续参考图1，直接数字合成器4生成三种类型的信号：基准正弦波S1、基准余弦波S1’和发送正弦波。将具有可调相位和可调振幅的发送正弦波馈送至前端电路2。将数字化信号分别发送至同步检测器6a和6b。同步检测器6a分离并且产生数字化信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涡电流检查仪的电路，该涡电流检查仪用于对测试对象的异常进行涡电流检查，其中，所述涡电流检查仪连接至在所述检查期间以在速度范围内变化的扫描速度进行移动的涡电流探头，所述电路包括：前端电路，用于向所述探头供电、接收涡电流响应以及将所述涡电流响应数字化并转换为具有与所述扫描速度有关的响应频率的范围的响应信号；以及数字处理电路，用于处理所述响应信号以显示检查结果，其中，所述数字处理电路包括：滤波电路，用于将所述响应信号从原始检测信号滤波为处理后的信号，以及用于在所述滤波电路维持所述响应频率的范围内的大致恒定的频率响应的情况下，对所述原始检测信号应用90度附近的相位变化。

【技术特征摘要】
2014.11.21 US 14/550,2171.一种用于涡电流检查仪的电路，该涡电流检查仪用于对测试对象的
异常进行涡电流检查，其中，所述涡电流检查仪连接至在所述检查期间以在
速度范围内变化的扫描速度进行移动的涡电流探头，所述电路包括：
前端电路，用于向所述探头供电、接收涡电流响应以及将所述涡电流响
应数字化并转换为具有与所述扫描速度有关的响应频率的范围的响应信号；
以及
数字处理电路，用于处理所述响应信号以显示检查结果，
其中，所述数字处理电路包括：
滤波电路，用于将所述响应信号从原始检测信号滤波为处理后的信
号，以及用于在所述滤波电路维持所述响应频率的范围内的大致恒定的频率
响应的情况下，对所述原始检测信号应用90度附近的相位变化。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述频率响应是所述滤波电路响
应于所述响应信号的频率变化的振幅响应。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述数字处理电路还包括：
直接数字合成器，用于生成基准信号的实部和所述基准信号的虚部；
第一同步检测器，用于检测所述基准信号的实部；以及
第二同步检测器，用于检测所述基准信号的虚部。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述前端电路所产生的响应信号
被馈送至所述第一同步检测器和所述第二同步检测器，从而生成相应的原始
检测信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述基准信号的实部呈正弦波形
状并且所述基准信号的虚部呈余弦波形状。
6.根据权利要求4所述的电路，其中，所述滤波电路还包括用于对数字
化的信号进行滤波的低通滤波器。
7.根据权利要求1所述的电路，其中，所述90度附近是指70～110度的范

\t围。
8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述探头是设置在旋转式的扫描
器上的差分探头，其中所述扫描器用于对所述测试对象的表面进行环形或螺
旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·托马斯，
申请(专利权)人：奥林巴斯科技美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US