一种提高脉冲涡流检测信号信噪比的方法技术

本发明专利技术提出一种用于提高脉冲涡流检测信号信噪比的方法，通过首先从原始信号中截取某一时间区间段的一段波形，并且判断这段信号是否为不携带试件信息的纯噪声信号，如果是，则对该准周期信号进行周期延拓得到和原始信号长度相同的信号，并将原始信号与该周期延拓得到的信号相减，最后对相减后得到的信号进行中值滤波。通过采用该方法，可有效滤除脉冲涡流检测信号中各种空间电磁场干扰信号和白噪声，同时抑制信号漂移，提高仪器系统的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁磁性材料无损检测领域，具体涉及一种提高脉冲涡流检 测信号信噪比的方法。
技术介绍
脉冲涡流检测技术是不同于常规涡流检测方法的一种新的方法，它能 够突破传统涡流检测技术中趋肤效应的限制，探测金属材料中深层次的缺 陷。这种方法是向靠近试件的激励线圈中通以脉冲形式的电流，在电流消 失的瞬间，待测试件中会感应出涡流，而涡流的频率成分与其穿透深度密 切相关，由于脉冲式的激励频带宽，其中包含了低频成分，因此试件中感 应的涡流也包含相应的穿透能力很强的低频成分。脉冲涡流响应本质上就 是一种脉冲响应，将试件和信号调理的电子电路看成一个系统，那么信号 就是一条随时间衰变的脉冲响应曲线。通过在时域对信号进行滤波，除去 高频成分，然后对涡流衰减时间进行计算和处理，就能够得到被测构件状 况的信息，如由于腐蚀引起的金属截面积损失等。对铁磁性材料进行脉冲涡流检测时，脉冲涡流检测信号十分微弱，在 附r甚至/^级，而对信号的分析和特征量的提取是在时间域内进行的，对 波形要求比较高。在实际使用过程中，由于空间电磁场的存在和供电电源 的影响，实际测量得到的信号必然包括某些周期或准周期噪声。另外，由 于滤波和放大电子电路自身会给信号带来温度漂移，因此信号中还含有温 度漂移引起的直流分量。周期噪声干扰会严重影响信号衰减特性的判别， 而直流漂移则会影响信号定量分析中某些比较阈值的设定。对周期噪声的 滤除，比较通用的方法是采用频谱变换方法，对信号进行频谱分析后，设 计相应频率的陷波滤波器，从而将相应频率成分去除，采用该方法对信号在时间域进行重构时，会造成信号波形失真，从而影响到脉冲涡流检测信 号的衰减特性判别，不能满足检测要求。对于信号直流分量的去除，硬件 上实现需要增加额外的调零电位器且较难实现自动对零。已有的有关脉冲涡流检测专利CN1242263C， CN1250931， CN1155795C中，仅给出装置结 构和计算方法，对检测信号中干扰噪声的去除并未涉及。公开号 CN1665443A， CN100371940C的专利对生理信号中周期性信号的处理方法 进行研究，专利CN1665443A中描述的方法乃是对生理信号中周期性非对 称信号进行加强，提取信号中某些特征值并以这些特征值作为设计频谱滤 波器的依据，该频谱滤波器能够对非对称的信号进行加强。专利 CN100371940C则是将生理信号分解成一系列极点的加权和，通过考察极点 和其权值的数值关系并且将之与已建立的参数数据库比较，从而判断对象 的生理或心理状况，输出评估结果。但以上专利中所提及的方法不适用于 脉冲涡流信号的处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高脉冲涡流信号信噪比的方法，该方法 可提高仪器的抗千扰能力，进而提高仪器的检测精度，扩展仪器的适用范 围。一种提高脉冲涡流检测信号信噪比方法，包括以下步骤-1) 将脉冲涡流传感器放置于被测构件上，得到一组原始信号;q,测量时间区间为，其中f的取值范围为;2) 截取时间区间和两个区间段内的信号^,V，其 中截取时长7取值范围为和两个区间 段信号的积分值，记为c和c';4) 令^Hc-c'l，将^与预定门限值《比较，若^<",，进入步骤5)，否则，延长原始信号x,的测量时间t，转入步骤l);5) 将信号^在时间区间内进行周期延拓，得到信号x;;6) 将信号A与^相减，得到信号A;7) 对信号x,进行中值滤波，得到最终处理后的信号^。由于脉冲涡流传感器本质上得到的是某一空间内涡流场的衰减信号，因此，在测量信号最后区间内得到的信号不仅包含有被测构件状况的信息，而且包含空间电磁波干扰，电路零点漂移等噪声信息，采用本专利技术得到的信号不但可滤除各种周期和准周期性干扰而且可消除温度、电路元件特性变化等缓变因素引起的零点漂移。附图说明图1是本专利技术步骤流程图2是脉冲涡流检测到的原始信号波形图3是截取信号结束部位，位于时间区间[卜^。的波形图4是将图3所示波形在时间区间[G，"内周期延拓以后得到的波形图5是原始信号与图4信号相减后得到的信号波形图6是将图5中信号中值滤波后得到的信号波形；图7是信号处理前后的波形对比效果图8是用于模拟金属腐蚀的台阶钢板结构图9是在台阶钢板上厚度分别为20mm和10mm的区域得到的脉冲涡流检测原始信号波形图10是20mm区域上脉冲涡流检测原始信号结束部分，时间区间的波形图11是将图10中的波形在时间区间内周期延拓后得到的波形图12是20mm区域信号除去周期、准周期噪声和直流偏置后的信号5波形图13是图12所示信号中值滤波后得到的信号波形图14是20mm区域信号处理前后的波形对比效果图；图15是10mm区域信号处理前后的波形对比效果图；图16是20mm和lOrnm区域的脉冲涡流检测信号经处理后的波形图。具体实施例方式根据图1所示步骤，首先将脉冲涡流传感器放置于被测构件上，得到一组原始信号x,，如图2所示。测量时间区间为[O,小其中f的取值在100ms到10s之间，例如对于厚度为20mm的铁板，f的取值可为200ms到400ms。截取时间区间和两个区间段内的信号^，V，如图3所示，其中r取值范围为0.2%"到20%"。例如对于厚度20mm的铁板，T的一个可能取值为5%"。然后分别求取^和V段的积分值，记为c和c'，令J=|c-c'l。将"与预先设定的门限值《比较，《是一个与信号放大倍数、数据采集系统硬件分辨率和周围环境噪声强度有关的量，J,的取值满足如下规律信号放大倍数越小，数据采集系统硬件分辨率越高，环境噪声强度越小，《的值越小，反之亦然。若"<",，将A信号在时间区间内进行周期延拓，如图4所示，得到信号x;。将信号;c,与A相减，得到如图5所示的信号A，然后对信号x,进行中值滤波，得到最终处理后的信号^，如图6所示。若"4，则需要延长原始信号x,的测量时间，并且重复步骤1 4，直到rf〈《时方可用本方法处理信号。图7为信号处理前后的波形对比，由图7可知，原信号中夹杂的准周期噪声、白噪声和直流偏置都基本被消除，曲线平滑度变好。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。在一种脉冲涡流测量系统中，存在工频干扰和其他各种电磁波干扰，这些干扰使脉冲涡流信号受到周期性或准周期性噪声污染，这样的原始波形是不能直接用于信号定量分析的。模拟金属腐蚀的钢板结构图如图8所示，该钢板成阶梯形，其厚度分别为20mm和10mm，长1000mm，宽500mm 。采用脉冲涡流传感器在20mm和10mm区域上得到的脉冲响应原始信号波形如图9所示，在此实施例中脉冲涡流原始信号的测量时间为400ms。在钢板的20mm厚区域执行图1所示的步骤，取总时间长度的5%即时长20ms的信号结束部分波形，其时间区间为,如图IO所示。再取与此信号相邻，时间区间为的信号波形并对这两段信号求取面积积分，求得积分值分别为1.3919和1.3978。对于本测量系统，取《=0.01，由于《〉11.3919-1.3978|=0.0059，因此原始信号满足本方法处理的条件。将区间的波形进行周期延拓，得到和原始信号长度相同的波形，如图11所示。将图9所示波形和图11所示波形相减，得到图12所示的波形。对图12所示波形进行中值滤波，得到如图13所示的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高脉冲涡流检测信号信噪比方法，包括以下步骤：　１）将脉冲涡流传感器放置于被测构件上，得到一组原始信号ｘ↓［１］，测量时间区间为［０，ｔ］，其中ｔ的取值范围为［１００ｍｓ，１０ｓ］；　２）截取时间区间［ｔ－２Ｔ，ｔ－Ｔ］和［ ｔ－Ｔ，ｔ］两个区间段内的信号ｘ↓［２］，ｘ↓［２］′，其中截取时长Ｔ取值范围为［０．２％＊ｔ，２０％＊ｔ］；　３）分别求取信号ｘ↓［２］和ｘ↓［２］′的包络面积即［ｔ－２Ｔ，ｔ－Ｔ］和［ｔ－Ｔ，ｔ］两个区间段信号的积分值，记为ｃ和ｃ ′；　４）令ｄ＝｜ｃ－ｃ′｜，将ｄ与预定门限值ｄｔ比较，若ｄ＜ＤＴ，进入步骤５），否则，延长原始信号ｘ↓［１］的测量时间ｔ，转入步骤１）；　５）将信号ｘ↓［２］在时间区间［０，ｔ］内进行周期延拓，得到信号ｘ↓［３］；　６） 将信号ｘ↓［１］与ｘ↓［３］相减，得到信号ｘ↓［４］；　７）对信号ｘ↓［４］进行中值滤波，得到最终处理后的信号ｘ↓［５］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武新军，林树青，黄琛，沈功田，徐江，康宜华，石坤，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]