一种基于主动电场的物体缺陷探测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及金属缺陷探测技术领域，特别是一种基于主动电场的物体缺陷探测方法及系统。方法包括以下步骤：S1，将液体中的被测物体置于探测电场中；S2，在被测物体的表面按照预设的路线移动探测电信号，并同步采集电场信号；S3，通过联合时频谱图获取被测物体缺陷的位置信息；S4，根据联合时频谱图，采用转折频率识别算法，计算被测物体的转折频率；S5，在预先构建的被测物体的裂缝宽度与转折频率的对应关系中，根据被测物体转折频率查找出被测物体的裂缝宽度。本方法基于主动电场探测技术，通过联合时频谱图和转折频率获取被测物体的裂缝信息，还可以判断被测物体是否存在锈蚀、涂层脱落、物体缺损、杂物覆盖等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动电场的物体缺陷探测方法及系统
本专利技术涉及金属缺陷探测
，特别是一种基于主动电场的物体缺陷探测方法及系统。
技术介绍
水下金属物体缺陷检测在船舶表面涂层检测、潜水器表面结构检测、水下管道检测、打捞和考古等方面有着广泛的应用并起着重要作用。随着海洋作战和海洋开发探测的深入，水下探测的应用环境日趋复杂。当下的水下无损检测技术，依照探测原理，可分为：电磁传感检测技术，基于超声传感检测技术以及基于光学传感的检测技术。基于光学传感的探测技术主要是水下目视检查,目视检查可以发现一些较小的表面裂纹以及不连续之处，可以对水下结构整体进行评估，并且可以借助录像或者拍照来记录相关的损伤。基于磁场的检测技术包括磁粉探伤技术、交流磁场测量(ACFM)技术以及涡电流检测技术。磁粉探伤技术的原理是被磁化后的构件会形成漏磁场吸引铁磁物质，如果该构件存在缺陷，缺陷部分形成的磁场会吸附磁粉，这样可以直接显示出缺陷的大小位置形状等信息。交流磁场测量技术是一种可以精准测量金属表面裂缝的电磁场无损检测技术，广泛应用于结构物缺陷的检测与评估。它的原理是基于电磁感应原理，对激励线圈加载低频激励信号，当探测探头靠近被测物体表面的时候，将在被测物体表面感应出均匀的电场，当感应电场遇到缺陷的时候，电场从缺陷的两端和底部绕过，从而导致缺陷周围磁场的畸变，最后通过提取空间中磁场信号来对缺陷进行定量分析,将信号输入计算机分析，得到磁场Bx和Bz分量变化。涡电流检测技术的原理是，当载有交变电流的线圈靠近金属材料的时候，金属材料内部会产生涡流，如果材料产生缺陷，材料内的涡流路径会因缺陷而改变，同时线圈内部的阻抗也会发生改变，通过检测线圈内部阻抗变化，来判断缺陷是否存在。基于超声传感的检测技术主要是超声波探伤技术，是利用超声波在结构物中传播的一些物理特性来发现结构物内部的缺陷的方法。超声检测不仅适用于金属，也适用于非金属材料，超声波探伤技术的原理是通过超声波发射器发射超声波可以穿透进入材料内部，再通过接收被部件本身以及缺陷所反射、折射的信号进行分析，从而获取有关缺陷或材料的特性信息。现有水下检测技术中，存在各种不同的缺陷，例如：水下目视检查是最常用且基础的方法，操作简单且应用面广泛。但是它只能用于检测表面的裂缝缺陷，同时，目视检查还要求水下检测人员掌握各种水下检验技术，潜水技术以及应变能力来对抗水下产生的各种意外，时间以及劳动成本高。水下磁粉探伤技术的原理与陆地上相同，其关键困难是要在水下清理被探伤的金属表面或焊缝。磁粉探伤技术适用于表面存在肉眼难辨的缺陷的部件，但是待检材料必须是铁磁性材料，适用于马氏体不锈钢材料，不适用于奥氏体不锈钢材料，并且探伤之前需要磁化被测部件，探伤之后需要退磁。涡电流方法属于表面探伤法，该方法可以实现对裂纹类型缺陷深度的定量化检测，但是无法给出直观的缺陷信息，且不适用于检测形状复杂的物体。水下的超声波影响因素多且复杂，超声检测需要探头与结构物表面紧密结合。但是由于水下结构物表面可能凹凸不平，反射和穿透的超声波会变得更加复杂。再加上海洋中的复杂声信号，导致超声信号易受干扰，缺陷的位置是通过接收发射的超声波所花费的时间来确定的，而缺陷的大小是根据超声波回波的高度或是缺陷回波的范围来确定的，因此超声信号越复杂，可靠性越低，检测难度越大。作为本专利技术最接近的现有技术，专利《一种基于主动电场原理的水下金属形状探测方法及装置》(公开号CN109188534)公开了一种基于主动电场原理的水下金属形状探测方法及装置。该专利技术提供了金属形状探测方法及其装置基于主动电场探测技术，通过水下主动电场从不同角度对金属物体进行全方位探测，对采集到的电场信息进行处理得出物体不同方向上的转折频率，进而处理判断出金属物体的形状。该方法能克服水下环境昏暗、浑浊等众多复杂因素的影响，操作简单，适用范围广，对于液体环境中金属物体的形状检测具有良好的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，在上述基于转折频率对液体环境中金属物体的形状检测的基础上，提出了新的水下金属缺陷探测的技术手段，能够克服现有探测手段的存在的问题，提出了一种基于主动电场的物体缺陷探测方法及系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，包括以下步骤：S1，将液体中的被测物体置于探测电场中，探测电场由探测电信号构成；S2，在被测物体的表面按照预设的路线移动探测电信号，并同步采集电场信号；S3，通过联合时频谱图获取被测物体缺陷的位置信息，联合时频谱图是对电场信号进行短时傅里叶变换得到的；S4，根据联合时频谱图，采用转折频率识别算法，计算被测物体的转折频率；S5，在预先构建的被测物体的裂缝宽度与转折频率的对应关系中，根据被测物体转折频率查找出被测物体的裂缝宽度。作为本专利技术的优选方案，步骤S3具体包括以下步骤：S31，对电场信号进行短时傅里叶变换，求得被测物体的联合时频谱图；S32，找到联合时频谱图中能量幅值凸起或者凹陷的端点，并根据端点获取端点对应的时刻，S33，根据探测电信号在被测物体的表面移动的起点位置、终点位置、移动的速度以及端点对应的时刻，确定出被测物体缺陷的位置信息。作为本专利技术的优选方案，步骤S4具体包括以下步骤：S41，将联合时频谱图转换为能量谱密度矩阵；S42，消除能量谱密度矩阵中的噪声，得到过滤后的能量谱密度矩阵；S43，计算过滤后的能量谱密度矩阵中各频率成分的畸变值；S44，对频率-畸变值进行多项式拟合，得到转折频率拟合曲线，转折频率拟合曲线中畸变值为0的点对应的频率值为被测物体的转折频率。作为本专利技术的优选方案，步骤S41中，将联合时频谱图转换为能量谱密度矩阵的步骤为：将联合时频谱图的三维数据转换为能量谱密度矩阵，能量谱密度矩阵为二维矩阵，二维矩阵中横坐标代表时间梯度，纵坐标代表频率，垂直于横坐标和纵坐标所在面的竖轴的坐标代表当前频率当前时间的能量幅值。作为本专利技术的优选方案，步骤S42具体包括以下步骤：S421，计算出能量谱密度矩阵中能量幅值总的平均值avg以及每一行能量幅值的平均值avgi，i为行号；S422，若avgi<avg，则第i行中的能量幅值全部置0。作为本专利技术的优选方案，步骤S43中畸变值的计算公式为：hi＝(maxi-avgi)-(avgi-mini)其中，hi是第i行的畸变值，maxi是第i行中的能量幅值最大值，mini是第i行中的能量幅值最小值，avgi是第i行中的能量幅值平均值，i为行编号。基于相同的构思，本专利技术还提出了一种基于主动电场的物体缺陷探测系统，包括发射电极、接收电极、探测云台和信号处理器，发射电极发射探测电信号，构成探测电场，发射电极和接收电极固定于探测云台上，探测云台用于带动发射电极和接收电极在被测物体的表面按照预设的路线移动，接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，将液体中的被测物体置于探测电场中，所述探测电场由探测电信号构成；/nS2，在所述被测物体的表面按照预设的路线移动所述探测电信号，并同步采集电场信号；/nS3，通过联合时频谱图获取被测物体缺陷的位置信息，所述联合时频谱图是对所述电场信号进行短时傅里叶变换得到的；/nS4，根据所述联合时频谱图，采用转折频率识别算法，计算被测物体的转折频率；/nS5，在预先构建的被测物体的裂缝宽度与转折频率的对应关系中，根据所述被测物体转折频率查找出被测物体的裂缝宽度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将液体中的被测物体置于探测电场中，所述探测电场由探测电信号构成；
S2，在所述被测物体的表面按照预设的路线移动所述探测电信号，并同步采集电场信号；
S3，通过联合时频谱图获取被测物体缺陷的位置信息，所述联合时频谱图是对所述电场信号进行短时傅里叶变换得到的；
S4，根据所述联合时频谱图，采用转折频率识别算法，计算被测物体的转折频率；
S5，在预先构建的被测物体的裂缝宽度与转折频率的对应关系中，根据所述被测物体转折频率查找出被测物体的裂缝宽度。


2.如权利要求1所述的一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
S31，对所述电场信号进行短时傅里叶变换，求得被测物体的联合时频谱图；
S32，找到所述联合时频谱图中能量幅值凸起或者凹陷的端点，并根据所述端点获取端点对应的时刻，
S33，根据所述探测电信号在所述被测物体的表面移动的起点位置、终点位置、移动的速度以及所述端点对应的时刻，确定出被测物体缺陷的位置信息。


3.如权利要求2所述的一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
S41，将所述联合时频谱图转换为能量谱密度矩阵；
S42，消除所述能量谱密度矩阵中的噪声，得到过滤后的能量谱密度矩阵；
S43，计算所述过滤后的能量谱密度矩阵中各频率成分的畸变值；
S44，对频率-畸变值进行多项式拟合，得到转折频率拟合曲线，所述转折频率拟合曲线中畸变值为0的点对应的频率值为被测物体的转折频率。


4.如权利要求3所述的一种基于主动电场的物体缺陷探测方法，其特征在于，步骤S41中，将所述联合时频谱图转换为能量谱密度矩阵的步骤为：将所述联合时频谱图的三维数据转换为能量谱密度矩阵，所述能...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭杰钢，王家琦，任庆轩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51