一種渦流雷達(dá)缺陷檢測(cè)、定量和成像方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于裝備無(wú)損檢測(cè)、材料表征評(píng)估、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品質(zhì)量控制等技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種渦流電磁無(wú)損檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行安全的必要手段。目前具有代表性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要有射線(xiàn)檢測(cè)、超聲檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、禍流檢測(cè)(Eddy Current Testing, ECT)以及發(fā)展迅速的熱成像檢測(cè)、錯(cuò)位散斑干涉等技術(shù)。
[0003]渦流檢測(cè)技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，適用于導(dǎo)電材料。其基本原理是，給導(dǎo)體附近的線(xiàn)圈施加激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)測(cè)量線(xiàn)圈中的電壓或電流變化，就可以判斷導(dǎo)電材料中有無(wú)缺陷，并推斷出缺陷的大小。渦流檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)大家庭，包含常規(guī)渦流檢測(cè)、多頻渦流檢測(cè)、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)和脈沖渦流檢測(cè)等技術(shù)。
[0004]渦流檢測(cè)技術(shù)種類(lèi)繁多，大致可分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法采用一個(gè)或多個(gè)交流信號(hào)去激勵(lì)渦流傳感器，其采用的信號(hào)處理與分析技術(shù)主要是阻抗分析法，通過(guò)幅值和相位的變化對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)和深度定量[1，2] O瞬態(tài)法主要采用隨時(shí)間變化的電壓或電流信號(hào)去激勵(lì)渦流傳感器。典型的瞬態(tài)法是脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)(Pulsed Eddy CurrentTesting, PECT)?瞬態(tài)法渦流傳感器的輸出信號(hào)是隨時(shí)間變化的，主要從時(shí)域或頻域響應(yīng)信號(hào)中提取各種特征值來(lái)檢測(cè)和評(píng)估缺陷。由于具有檢測(cè)速度快、深度大、靈敏度高、頻譜寬、易定量等優(yōu)勢(shì)，瞬態(tài)法已成為最具發(fā)展前景的一類(lèi)渦流檢測(cè)技術(shù)[3]。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?00910111030.9的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于時(shí)間閘門(mén)的脈沖渦流檢測(cè)方法，用陣列區(qū)域內(nèi)各位置點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)在同一時(shí)間點(diǎn)的相對(duì)幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，以得到被測(cè)構(gòu)件的缺陷信息[4]。申請(qǐng)?zhí)枮?01310224561.5的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種脈沖渦流缺陷定量檢測(cè)方法及檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)方法利用無(wú)缺陷時(shí)的參考信號(hào)和缺陷情況已知的檢測(cè)信號(hào)在時(shí)域內(nèi)的差分峰值或頻域內(nèi)基頻差分峰值對(duì)被測(cè)試件表面缺陷深度或?qū)挾冗M(jìn)行標(biāo)定與檢測(cè)[5]。申請(qǐng)?zhí)枮?01410017024.8的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種變脈寬激勵(lì)的脈沖渦流檢測(cè)方法，采用變脈寬激勵(lì)，可對(duì)被測(cè)構(gòu)件的各區(qū)域特征進(jìn)行檢測(cè)，不易受噪聲影響[6]。
[0006]除采用脈沖信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)外，含有多頻信息的調(diào)頻信號(hào)也被用來(lái)激勵(lì)渦流傳感器。申請(qǐng)?zhí)枮?01010506292.8的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種調(diào)制多頻渦流檢測(cè)方法，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行FFT變換后提取特征值，可有效降低渦流檢測(cè)系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)的峰值因數(shù)，提高檢測(cè)速度[7]。
[0007]當(dāng)前渦流檢測(cè)技術(shù)也存在一些不足，主要表現(xiàn)在:1)受電磁場(chǎng)衰減和噪聲干擾等影響，信號(hào)的信噪比較低；2)對(duì)內(nèi)部缺陷的深度定量精度不高，很難判斷缺陷離被檢對(duì)象表面的距離；3)主要依靠時(shí)域特征值和檢測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行C掃描成像，抗干擾性差。
[0008]雷達(dá)是英文Radar的音譯，源于Rad1 detect1n and ranging的縮寫(xiě)，原意為“無(wú)線(xiàn)電探測(cè)和測(cè)距”，即用無(wú)線(xiàn)電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們的空間位置。信號(hào)獲取和處理是雷達(dá)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)?；ハ嚓P(guān)技術(shù)是雷達(dá)領(lǐng)域的一種信號(hào)處理技術(shù)。互相關(guān)用來(lái)表示兩個(gè)信號(hào)之間相似性的一個(gè)度量，通常通過(guò)與已知信號(hào)比較用于尋找未知信號(hào)中的特性。它是兩個(gè)信號(hào)之間相對(duì)于時(shí)間的一個(gè)函數(shù)，反映的是兩個(gè)信號(hào)在不同的相對(duì)位置上互相匹配的程度。互相關(guān)技術(shù)可以提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比，一些特征值的延遲時(shí)間可以用來(lái)表征目標(biāo)的空間位置。
[0009]本發(fā)明提供一種禍流雷達(dá)(Eddy Current Radar)缺陷檢測(cè)、定量和成像方法及系統(tǒng)，把被檢對(duì)象中的缺陷視作需要檢測(cè)定位的目標(biāo)，采用雷達(dá)領(lǐng)域中的互相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)、深度定量及成像。所公布的方法及系統(tǒng)具有檢測(cè)信噪比高、深度定量準(zhǔn)確、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、核電、鐵路、汽車(chē)、特種設(shè)備、冶金、土木等領(lǐng)域。
[0010]參考文獻(xiàn):
[1]任吉林，林俊明，電磁無(wú)損檢測(cè)，科學(xué)出版社，北京，2008；
[2]徐可北，周俊華，渦流檢測(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，2004;
[3]何贊澤，電磁無(wú)損檢測(cè)缺陷識(shí)別與評(píng)估新方法研宄，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，長(zhǎng)沙，2012 ；
[4]林俊明，一種基于時(shí)間閘門(mén)的脈沖渦流無(wú)損檢測(cè)方法，林俊明，中國(guó)，2009；
[5]于亞婷，關(guān)佳，一種脈沖渦流缺陷定量檢測(cè)方法及檢測(cè)系統(tǒng)，電子科技大學(xué)，中國(guó)，
2013；
[6]武新軍，李建，張卿，變脈寬激勵(lì)的脈沖渦流檢測(cè)方法，華中科技大學(xué)，中國(guó)，
2014；
[7]高軍哲，潘孟春，羅飛路，翁飛兵，何贊澤，劉波，調(diào)制多頻渦流檢測(cè)方法，中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，中國(guó)，2010。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明目的是，針對(duì)現(xiàn)有渦流檢測(cè)技術(shù)的不足，提供一種渦流雷達(dá)缺陷檢測(cè)、定量和成像方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)采用脈沖、正弦、調(diào)頻、調(diào)相等不同模式的激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)渦流傳感器，在被檢對(duì)象中感應(yīng)出不同模式的渦流。將渦流傳感器的輸出作為時(shí)域響應(yīng)信號(hào)，無(wú)缺陷區(qū)域的時(shí)域響應(yīng)信號(hào)作為時(shí)域參考信號(hào)。對(duì)時(shí)域響應(yīng)信號(hào)與時(shí)域參考信號(hào)實(shí)施互相關(guān)算法，得到時(shí)域響應(yīng)信號(hào)與時(shí)域參考信號(hào)的互相關(guān)幅值和互相關(guān)相位。從互相關(guān)幅值和互相關(guān)相位中提取特征值，進(jìn)行顯示和對(duì)比，實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)；建立特征值與深度的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部缺陷的深度定量；把掃描路徑上每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的互相關(guān)幅值和互相關(guān)相位進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)B掃描成像；借助于掃描機(jī)構(gòu)，把每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的特征值進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)C掃描成像。成像技術(shù)可直觀地判斷掃描路徑上或區(qū)域內(nèi)是否存在缺陷。
[0012]一種渦流雷達(dá)缺陷檢測(cè)、定量和成像系統(tǒng)，主要包括:
1)人機(jī)界面，用于人機(jī)交互，由用戶(hù)選擇脈沖、正弦、調(diào)頻、調(diào)相等工作模式，并設(shè)定其它工作參數(shù)，觸發(fā)整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作；
2)激勵(lì)信號(hào)模塊，用于產(chǎn)生矩形波信號(hào)、正(余)弦波信號(hào)、頻率調(diào)制信號(hào)或相位調(diào)制信號(hào)等激勵(lì)信號(hào)，把激勵(lì)信號(hào)放大后，施加到渦流傳感器；
3)渦流傳感器，用于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試件或被檢對(duì)象，獲得時(shí)域響應(yīng)信號(hào)； 4)被檢對(duì)象，被檢測(cè)的對(duì)象，通常為導(dǎo)電材料，如金屬及其合金、碳纖維復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等；
5)標(biāo)準(zhǔn)試件，與被檢對(duì)象材料相同并含有不同深度缺陷的試件；
6)信號(hào)調(diào)理模塊，用于對(duì)時(shí)域響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行放大濾波等調(diào)理；
7)參考信號(hào)設(shè)定模塊，用于選取被檢對(duì)象或標(biāo)準(zhǔn)試件無(wú)缺陷區(qū)域的時(shí)域響應(yīng)信號(hào)作為時(shí)域參考信號(hào)，并獲得頻域參考信號(hào)和頻域正交參考信號(hào)；
8)信號(hào)處理模塊，用于計(jì)算時(shí)域響應(yīng)信號(hào)與時(shí)域參考信號(hào)的互相關(guān)幅值和互相關(guān)相位；
9)特征值提取模塊，用于從互相關(guān)幅值和互相關(guān)相位中提取特征值；
10)缺陷檢測(cè)模塊，用于顯示、對(duì)比不同檢測(cè)點(diǎn)的特征值，進(jìn)行缺陷檢測(cè)；
11)定量關(guān)系確定模塊，用于建立特征值和缺陷深度的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系；
12)缺陷定量模塊，用于計(jì)算缺陷深度；
13)B掃描成像模塊，把檢測(cè)點(diǎn)作為橫坐標(biāo)，延遲時(shí)間作為縱坐標(biāo)，顯示互相關(guān)幅值或互相關(guān)相位進(jìn)彳T B掃描成像；
14)C掃描成像模塊，用于把被檢對(duì)象某個(gè)區(qū)域中每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的特征值進(jìn)行C掃描成像；
15)掃描機(jī)構(gòu)，用于移動(dòng)渦流傳感器到被檢對(duì)象某個(gè)區(qū)域中的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，并記錄每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，傳輸給C掃描成像模塊。
[0013]基于一種渦流雷達(dá)缺陷檢測(cè)、定量和成像系統(tǒng)的一種渦流雷達(dá)缺陷檢測(cè)、定量和成像方法，包括如下步驟:
1)采用人機(jī)界面設(shè)定系統(tǒng)工作模式和其它參數(shù)，觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行工作；
2)激勵(lì)信號(hào)模塊產(chǎn)生矩形波信號(hào)、正(余)弦波信號(hào)、頻率調(diào)制信號(hào)或相位調(diào)制信號(hào)等激勵(lì)信號(hào)，并把激勵(lì)信號(hào)放大后施加到渦流傳感器；
3)把渦流傳感器靠近標(biāo)準(zhǔn)試件或被檢對(duì)象；
4)把渦流傳感器的輸出作為時(shí)域響應(yīng)信號(hào)；