一种ACFM单轴磁信号评估方法技术

本发明专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法包括：通过确定裂纹参数以及裂纹参数的取值范围建立ACFM数值仿真模型；采用数值仿真方法得到不同长度和深度的裂纹磁通密度特征曲线，并提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值；采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面；使用携有单轴磁传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到裂纹磁通密度特征曲线，提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值，并计算金属表面裂纹长度；将裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹长度代入ACFM单轴磁信号的特征方程，计算得到金属表面裂纹深度。该方案实现了利用单轴磁信号对金属表面裂纹长度和深度的量化，避免了构建复杂电路以及量化结果受多个传感器互相干扰的影响。

An ACFM single axis magnetic signal evaluation method

【技术实现步骤摘要】
一种ACFM单轴磁信号评估方法
本专利技术涉及电磁场无损检测
，特别涉及一种ACFM单轴磁信号评估方法。
技术介绍
ACFM(Alternatingcurrentfieldmeasurement，交流电磁场检测)是一种利用电磁场进行无损检测的技术，被广泛应用于航空、石油化工、铁路运输、核电等工业领域。ACFM主要应用于金属表面和次表面的裂纹缺陷测量，具有非接触、不需耦合剂、无需处理表面涂层或覆盖层等优点。该技术是利用激励线圈在金属表面激发出匀强的感应电流，感应电流在经过裂纹时会发生扰动，进而引起裂纹上方的磁场畸变，通过测量畸变的磁场以对裂纹的长度和深度进行反推量化，从而得到裂纹的长度和深度。在ACFM领域，通常是先通过磁传感器采集金属表面的两轴磁场异常信号Bz曲线和Bx曲线，然后通过磁场异常信号Bz曲线用来确定裂纹缺陷的长度，通过磁场异常信号Bx曲线确定裂纹缺陷的深度，最终达到无损检测的目的。目前，对两轴磁场异常信号的采集，一种方案是通过搭载多个单轴磁传感器组成多轴磁传感器单元实现，另一种方案是通过多轴磁传感器实现。通过搭载多个单轴磁传感器组成多轴磁传感器方案需要设计复杂的电路，并且由于单磁传感器体积的限制不可能实现同点测量，增大了测量误差；多轴磁传感器方案在微机电系统加工过程中，多轴磁传感器感应单元薄膜不可能完全正交放置，也会增大测量误差。
技术实现思路
针对现有技术存在上述缺陷，本专利技术提供了一种ACFM单轴磁信号评估方法。本专利技术提供的一种ACFM单轴磁信号评估方法，包括：确定ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，所述裂纹参数包括：裂纹长度、裂纹深度和裂纹宽度；根据确定的ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，建立ACFM数值仿真模型；基于建立的ACFM数值仿真模型，采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，并提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值；根据裂纹长度、裂纹深度以及裂纹磁通密度特征曲线的峰值，采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面；使用携有单轴磁传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到裂纹磁通密度特征曲线，提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值，并计算金属表面裂纹长度；将提取的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹长度，代入构建的ACFM单轴磁信号的特征方程中，计算得到金属表面裂纹深度。进一步地，ACFM数值仿真模型裂纹参数的取值范围的确定方法包括：确定裂纹长度的取值范围，选择间隔值，根据选择的间隔值从0mm开始，每隔1个间隔值取1个间隔点，生成至少包括10个间隔点的裂纹长度序列；确定裂纹深度的取值范围，选择间隔值，根据选择的间隔值从0mm开始，每隔1个间隔值取1个间隔点，生成至少包括10个间隔点的裂纹深度序列；裂纹的宽度，取值小于等于0.6mm。进一步地，所述建立ACFM数值仿真模型，包括：根据确定的ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，采用有限元分析软件建立ACFM数值仿真模型。进一步地，所述采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，包括：基于建立的ACFM数值仿真模型，在裂纹长度和裂纹深度取值范围内选取不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹；根据选取的不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹，采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线。进一步地，所述采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面包括：根据裂纹长度、裂纹深度以及裂纹磁通密度特征曲线的峰值，采用多项式拟合构建裂纹磁通密度特征曲线的峰值关于裂纹长度和裂纹深度的ACFM单轴磁信号的特征方程，根据得到的特征方程绘制ACFM单轴磁信号的特征曲面。进一步地，构建的ACFM单轴磁信号的特征方程的最高项次数由裂纹磁通密度特征曲线的峰值和多项式拟合后裂纹磁通密度特征曲线的峰值之间的误差决定。进一步地，所述使用携有单轴磁传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到裂纹磁通密度特征曲线，包括：使用携有单轴磁传感器的ACFM探头沿着金属表面进行多次多方向的扫描，得到多条裂纹磁通密度特征曲线；比较并计算得到的多条裂纹磁通密度曲线峰谷之间的水平距离；选取峰谷之间最大水平距离的磁通密度特征曲线作为裂纹磁通密度特征曲线。进一步地，所述计算金属表面裂纹长度，包括：根据得到的裂纹磁通密度特征曲线，提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值，计算裂纹磁通密度曲线峰谷之间的水平距离，从而得到金属表面裂纹长度。进一步地，所述计算得到金属表面裂纹深度，包括：根据得到的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹长度，将裂纹磁通密度特征曲线的峰值和裂纹长度代入特征方程中，求得裂纹深度所有解；将裂纹深度所有解与得到的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及裂纹长度在特征曲面中确定的裂纹深度作比较，计算得到最终的金属表面裂纹深度。本专利技术的技术效果或优点：(1)本专利技术提供了一种ACFM单轴磁信号评估方法，首先通过建立ACFM数值仿真模型得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，并提取裂纹磁通特征曲线的峰值；然后根据裂纹长度、裂纹深度以及裂纹磁通密度特征曲线，采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面；使用携有单轴传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到金属表面裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及金属表面裂纹的长度；最后，将得到的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹的长度代入特征方程中，计算得到金属表面裂纹的深度。本专利技术使用一个单轴磁传感器测量金属表面的裂纹，实现了利用单轴磁信号对金属表面裂纹长度和深度的量化，避免了构建复杂电路以及量化结果受多个传感器互相干扰的影响，减少了测量误差，提高了测量的精度。(2)本专利技术通过使用携有单轴传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，电路简单，体积小，成本低，解决了通过多个单轴传感器搭建复杂电路或通过多轴传感器电路测量裂纹存在的弊端，实现了同点测量。附图说明图1为本专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法实施例一的流程图；图2为本专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法实施例二的流程图。图3为本专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法实施例二的流程图。图4为本专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法实施例二的流程图。图5为本专利技术提供的ACFM单轴磁信号评估方法实施例二的流程图。图6为本专利技术实施例提供的所述建立的ACFM数值仿真模型。图7为本专利技术实施例提供的根据所述数值仿真方法得到的Bzmax-D图。图8为本专利技术实施例提供的根据所述多项式拟合得到的ACFM单轴磁信号特征曲面图。图9为本专利技术实施例提供的所述携有单轴磁传感器的ACFM探头原理图。具体实施方式为了使本
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【技术保护点】
1.一种ACFM单轴磁信号评估方法，其特征在于，包括：/n确定ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，所述裂纹参数包括：裂纹长度、裂纹深度和裂纹宽度；/n根据确定的ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，建立ACFM数值仿真模型；/n基于建立的ACFM数值仿真模型，采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，并提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值；/n根据裂纹长度、裂纹深度以及裂纹磁通密度特征曲线的峰值，采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面；/n使用携有单轴磁传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到裂纹磁通密度特征曲线，提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值，并计算金属表面裂纹长度；/n将提取的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹长度，代入构建的ACFM单轴磁信号的特征方程中，计算得到金属表面裂纹深度。/n

【技术特征摘要】
1.一种ACFM单轴磁信号评估方法，其特征在于，包括：
确定ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，所述裂纹参数包括：裂纹长度、裂纹深度和裂纹宽度；
根据确定的ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，建立ACFM数值仿真模型；
基于建立的ACFM数值仿真模型，采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，并提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值；
根据裂纹长度、裂纹深度以及裂纹磁通密度特征曲线的峰值，采用多项式拟合构建ACFM单轴磁信号的特征方程和特征曲面；
使用携有单轴磁传感器的ACFM探头测量金属表面裂纹，得到裂纹磁通密度特征曲线，提取裂纹磁通密度特征曲线的峰值，并计算金属表面裂纹长度；
将提取的裂纹磁通密度特征曲线的峰值以及计算出的金属表面裂纹长度，代入构建的ACFM单轴磁信号的特征方程中，计算得到金属表面裂纹深度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ACFM数值仿真模型裂纹参数的取值范围的确定方法包括：
确定裂纹长度的取值范围，选择间隔值，根据选择的间隔值从0mm开始，每隔1个间隔值取1个间隔点，生成至少包括10个间隔点的裂纹长度序列；
确定裂纹深度的取值范围，选择间隔值，根据选择的间隔值从0mm开始，每隔1个间隔值取1个间隔点，生成至少包括10个间隔点的裂纹深度序列；
裂纹的宽度，取值小于等于0.6mm。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立ACFM数值仿真模型，包括：
根据确定的ACFM数值仿真模型裂纹参数以及裂纹参数的取值范围，采用有限元分析软件建立ACFM数值仿真模型。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用数值仿真方法得到不同裂纹长度和裂纹深度的裂纹磁通密度特征曲线，包括：
基于建立的ACFM数值仿真模型，在裂纹长度和裂纹深度取值范围内选取不同裂纹长...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊奇，沈莹，赵述祥，孙令司，
申请(专利权)人：青岛海月辉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37