一种基于缺陷深度的选频带脉冲涡流无损检测方法

摘要

一种基于缺陷深度的选频带脉冲涡流无损检测方法，首先根据被测试件底面缺陷的深度范围，确定脉冲涡流频率选择范围；其次结合脉冲重复周期、基频、检测灵敏度，在该频段内，进行合理地等分，并确保所取频率幅值相等，相位相同；然后根据具体的频谱分布情况，通过逆傅里叶变换，得到脉冲激励的时域信号；再利用信号发生器产生该时域信号，同时提取检出信号，实现对试件底面缺陷的检测；相较于传统的方波激励的脉冲涡流无损检测方法，本发明方法对目标试件的底面缺陷检测灵敏度更高，脉冲激励信号的可控性更强，更具针对性；同时，由于选频带脉冲涡流无损检测方法的激励信号能量的有效集中，可以使检出信号的信噪比更高，更好的体现缺陷特征，避免了不必要的能量浪费，具有一定的市场应用前景。

主权项

一种基于缺陷深度的选频带脉冲涡流无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据被测试件的材料参数、底面缺陷的深度范围，运用涡流趋肤深度公式(1‑1)确定选频带脉冲涡流无损检测方法的频带范围；$\delta =\frac{1}{\sqrt{\pi f\mu \sigma }}---(1-1)$其中：δ为涡流的趋肤深度，μ为被测试件的磁导率，σ为被测试件的电导率，f为激励信号的频率；依据上式能够确定检测被测试件的底面缺陷时脉冲激励信号的频率选取范围，具体方法如下：假设目标试件的底面缺陷的深度范围是[d₂，d₁]，则根据公式(1‑1)衍生方程式(1‑2)能够确定出f₁，根据公式(1‑1)衍生方程式(1‑3)能够确定出f₂，[f₁，f₂]即选频带脉冲涡流无损检测方法的频带选取范围；由于公式计算结果均为概数，所以在实际选取时，应尽量保证f₂为f₁的倍数，若不能保证二者为倍数关系，则应尽量保证二者的公约数最大；$f_1=\frac{1}{{\mathrm{\pi \mu \sigma d}}_1^2}---(1-2)$$f_2=\frac{1}{{\mathrm{\pi \mu \sigma d}}_2^2}---(1-3)$步骤2：根据所选频率范围，结合脉冲重复周期及检测灵敏度因素，将[f₁，f₂]之间的频段进行等分；令△f为间隔频率即等分[f₁，f₂]后每等份的频带大小；根据脉冲涡流频谱特性发现，△f亦是脉冲涡流激励信号的基频，与脉冲涡流激励信号的重复周期互为倒数，△f≤f₁，且△f是f₁、f₂的公约数；根据数值模拟结果发现，当间隔频率△f越大时，检出信号的特征参数越大，所以当△f为f₁、f₂的最大公约数时，检测灵敏度最高，且此时检测周期最小；但是在实际检测中，应根据目标试件以及检测要求，灵活把握频率间隔△f，以节能、提高检测灵敏度为原则，合理确定幅值和相位大小，并保证所有频率的幅值相等，相位相同，从而得到脉冲激励信号的频谱图；步骤3：根据步骤2选定的脉冲激励信号的频谱图的详细信息，对频域信号进行逆傅里叶变换，得到脉冲激励的时域信号f(t)；傅里叶级数展开与其系数的计算公式如下：$f\left(t\right)=\frac{a_0}{2}+\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}(a_n\cos n\omega t+b_n\sin n\omega t)---(1-4)$其中：t为时间，ω为角频率，ω＝2π△f，ɑ₀/2为直流分量，ɑ_n、b_n均为系数；根据脉冲激励频域信息，ɑ₀、ɑ_n、b_n、△f均已知，通过式(1‑4)计算出f(t)，即脉冲激励的时域信号；步骤4：搭建基于缺陷深度的选频带脉冲涡流无损检测实验系统，主要包括三部分：由脉冲信号发生器和功率放大器组成的激励信号发生装置、由激励线圈和磁场传感器组成的脉冲涡流检测探头和数据采集装置；激励线圈连接激励信号发生装置，激励线圈底部中心的磁场传感器连接数据采集装置；首先脉冲信号发生器产生脉冲激励的时域信号，该信号按照步骤3得到，功率放大器用来放大脉冲激励的时域信号并传递给激励线圈，同时磁场传感器检测试件表面的磁场大小，并通过数据采集装置对检出信号进行采集；步骤5：对检出信号提取特征参数并分析，具体如下：将无缺陷标准试件与带有底面缺陷的被测试件的检出磁场信号进行差分，提取差分信号的正峰值作为特征参数，特征参数即磁场差分信号正峰值与缺陷大小成正相关。