基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置制造方法及图纸

本申请提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置，涉及无损检测技术领域，其中，方法包括：控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。

【技术实现步骤摘要】
基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置
本申请涉及无损检测
，尤其涉及一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法和装置。
技术介绍
涡流检测技术具有检测设备体积小、检测灵活、灵敏度高、与被测物体无需接触等优点。广泛的应用于钢材表面及近表面的缺陷检测，通过向磁化线圈通入不同形式的激励信号，可以检测表面和近表面的腐蚀和裂纹等缺陷，涡流检测在无损检测领域扮演着重要的角色。传统的涡流检测磁化线圈轴线与被测物体表面垂直，当在磁化线圈中通入交变的电流，会在被测结构件中感生出涡状电流，但由于受到集肤效应的约束，感生的涡状电流密度会随着深度呈指数衰减，从而很难实现对较深的缺陷进行检测。多频涡流检测虽然可以检测不同深度的缺陷，但是要想实现对缺陷进行层析检测，需要很多单频激励分别检测，设备复杂，检测耗时；脉冲涡流虽然含有丰富的频率成分，但是很难控制各频率成分的幅值，从而不能实现对各层缺陷的同灵敏度检测。
技术实现思路
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，通过在多对磁化线圈中通入初始相位不同的Chirp信号，经过磁场的矢量合成，在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场。由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测。采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。本申请的第二个目的在于提出一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置。为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，包括：控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。在本申请的一个实施例中，所述控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场，包括：信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在所述被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场。在本申请的一个实施例中，磁化装置由磁轭和磁化线圈组成；磁轭为一体化结构，上部为圆饼状结构，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的偶数个圆柱形磁轭，磁轭材料包括但不限定为软磁铁氧体、软磁合金；所述磁化线圈缠绕在圆柱形磁轭上，各个磁化线圈的高度位置、尺寸、缠绕方向和匝数均相同，关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，一路Chirp信号经过功率放大器输出作为所述磁化线圈的激励信号；所述多对磁化线圈通入初始相位不同的多个激励信号，在所述被测结构件内产生无极变频旋转磁场。在本申请的一个实施例中，所述激励信号为：其中，Xi(t)为第i路的Chirp激励信号，A为功率放大器放大倍数，W(t)为矩形窗函数，为初始相位，μ为被测结构件的磁导率，σ为被测结构件的电导率，hmin为t＝0时刻的集肤深度，hmax为t＝T时刻的集肤深度，f(t)为瞬态频率。在本申请的一个实施例中，所述磁传感阵列位于所述磁化装置的正中间下方与所述被测结构件表面平行；其中，磁传感器包括但不限定为隧道磁电阻TMR、巨磁电阻GMR和线圈中的一种或者多种。在本申请的一个实施例中，所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果，包括：所述数据分析模块对所述磁场数据进行解耦；其中，解耦原则为合成磁场方向相同、激励信号频率不同下采集的磁场信号为一个数据序列，对序列进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。在本申请的一个实施例中，所述解耦公式为：其中，ΔB(hθ,j)为合成磁场方向与x轴成θ角度时，集肤深度hθ,j处的缺陷层析信号，σ为被测结构件的电导率，μ为被测结构件的磁导率，fθ,i为合成磁场方向与x轴成θ角度时的第i个频率，B(fθ,i)为频率等于fθ,i时磁传感器阵列采集的磁场数据，Ki为权重系数，H(fθ,i)为解耦系数矩阵，S(θ)为坐标变换矩阵。在本申请的一个实施例中，将检测装置水平放置于所述待测结构件表面无缺陷处获取所述解耦系数矩阵。本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，通过控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处缺陷的同灵敏度检测，以及采集不同时刻下被测结构件的表面磁场信号，对特定时刻下的磁场信号进行联合解耦，从而实现对缺陷的层析检测。为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，包括：信号发生模块，用于控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；数据采集模块，用于磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块，用于所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。在本申请的一个实施例中，所述信号发生模块由Chirp信号发生单元、移相单元及功率放大单元构成；所述数据采集模块由传感器阵列及数据采集单元组成，所述磁传感阵列包括但不限制于线圈、TMR(TunnelMagnetoresistance，隧道磁电阻)、GMR(GiantMagnetoResistance，巨磁电阻)；所述数据采集单元由FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列)、DSP(DigitalSignalProcess，数字信号处理)、微型单片机组合构成；所述数据分析模块由数据采集卡、存储介质、数据分析软件构成。本申请实施例的基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测装置，通过控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；数据分析模块对各个时刻下的磁场数据进行联合解耦，获取被测结构件内部的层析结果。由此，由于Chirp信号在不同时刻频率不同，因此感生涡流在各个时刻下的集肤深度不同，通过对Chirp信号频率变化率进行控制，实现对被测结构件不同深度处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；/n磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；/n所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场；
磁传感阵列按照等旋转角度原则采集被测结构件表面的磁场数据，并实时传送到数据分析模块；
所述数据分析模块对各个时刻下的所述磁场数据进行联合解耦，获取所述被测结构件内部的层析结果。


2.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，所述控制磁化装置中多对磁化线圈激励电流，以使在被测结构件内部产生无极变频旋转磁场，包括：
信号发生模块产生多路调制后的Chirp信号，分别通入成对的磁化线圈，多路磁场矢量合成，在所述被测结构件内部产生所述无极变频旋转磁场。


3.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，磁化装置由磁轭和磁化线圈组成；磁轭为一体化结构，上部为圆饼状结构，在饼状磁轭底面四周，为均匀分布的偶数个圆柱形磁轭，磁轭材料包括但不限定为软磁铁氧体、软磁合金；
所述磁化线圈缠绕在圆柱形磁轭上，各个磁化线圈的高度位置、尺寸、缠绕方向和匝数均相同，关于中心对称的线圈为一对线圈，两个线圈反向串接，一路Chirp信号经过功率放大器输出作为所述磁化线圈的激励信号；
所述多对磁化线圈通入初始相位不同的多个激励信号，在所述被测结构件内产生无极变频旋转磁场。


4.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，
所述激励信号为：












其中，Xi(t)为第i路的Chirp激励信号，A为功率放大器放大倍数，W(t)为矩形窗函数，为初始相位，μ为被测结构件的磁导率，σ为被测结构件的电导率，hmin为t＝0时刻的集肤深度，hmax为t＝T时刻的集肤深度，f(t)为瞬态频率。


5.如权利要求1所述基于Chirp信号的旋转层析缺陷检测方法，其特征在于，
所述磁传感阵列位于所述磁化装置的正中间下方与所述被测结构件表面平行；其中，磁传感器包括但不限定为隧道...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松岭，王文志，黄紫靖，
申请(专利权)人：清华大学，北京麦格迪管道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11