一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统与流程

本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统。

背景技术：

由于电磁场属于软场，电磁涡流检测方法对被测环境及被测物体边界条件都非常敏感。因此，优化设计线圈几何结构及激励-测量策略一直是电磁涡流检测的研究重点。现有电磁涡流检测方法中以相位梯度作为检测信号特征量的多是从一维角度测量缺陷，不能准确识别出缺陷所在的位置。

如何克服上述问题，如何寻找一种从二维的角度出发能够准确的识别出缺陷在被测样件中所处的位置成为本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统，能够准确的识别出缺陷在被测样件中所处的位置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法，所述方法包括：

获取被测物体在不同激励频率下的正弦激励电压信号；

获取平面扫描路径各点处与所述正弦激励电压信号对应的感应电压信号；

利用数字相敏解调技术，对所述感应电压信号进行解调，获得相位值；

将不同激励频率下的相位值做梯度变换，获得平面内沿x轴位置方向的相位梯度；

根据不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度确定被测物体缺陷所在位置。

可选的，所述相位值公式为：

其中，φ为相位值，i为感应电压信号实部，r为感应电压信号虚部，r(n)为正弦激励电压信号，i(n)为余弦激励电压信号，vx(n)为理想的感应电压信号；k为感应电压信号与激励电压信号模值的变化量，φ为感应电压信号与激励电压信号相角的变化量；n＝0:n-1，n为单个周期内采样点数。

可选的，平面内沿x轴位置方向的相位梯度的计算公式为：

其中，gx(x,y)为沿x轴位置方向的相位梯度，相位值数据为二维数组i＝1,2,…p，j＝1,2,…q，i和j分别代表x轴方向和y轴方向的不同位置。

可选的，所述根据不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度确定被测物体缺陷所在位置，具体包括：

使用2维灰度填充等高线图进行绘制不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度，获得相位梯度图；

根据所述相位梯度图确定被测物体缺陷所在位置。

本发明还提供一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测系统，所述系统包括：

直接数字式频率合成器dds，用于生成不同激励频率下的正弦激励电压信号；

检测探头，与所述dds连接，用于根据所述正弦激励电压信号检测被测物体，获得感应电压信号；

工控机，分别与所述检测探头和所述dds连接，用于接收所述正弦激励电压信号和所述感应电压信号，并根据上述方法确定被测物体缺陷所在位置。

可选的，所述系统还包括：

采集卡，分别与所述检测探头、所述dds和所述工控机连接，用于采集所述正弦激励电压信号和所述感应电压信号，并发送至所述工控机。

可选的，所述系统还包括：

v/i转换器，分别与所述dds和所述检测探头连接，用于将所述dds生成所述正弦激励电压信号转换成正弦激励电流信号，并发送至所述检测探头，以使所述检测探头根据所述正弦激励电流信号检测被测物体，获得感应电压信号；

线性电源，分别与所述v/i转换器和所述检测探头连接，用于给所述v/i转换器和所述检测探头提供电能。

可选的，所述系统还包括：

三轴扫描平台，分别与所述工控机和所述检测探头连接，用于根据所述工控机发送的控制指令带动所述检测探头在铝板上按预定的扫描路径检测被测物体。

可选的，所述检测探头包括：

涡流传感器，与所述v/i转换器连接，用于根据所述正弦激励电流信号检测被测物体，获得感应电压信号；

放大电路，分别与所述涡流传感器和采集卡连接，用于放大感应电压信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统，所述方法首先获取被测物体在不同激励频率下的正弦激励电压信号和平面扫描路径各点处与所述正弦激励电压信号对应的感应电压信号；其次利用数字相敏解调技术，对所述感应电压信号进行解调，获得相位值；然后将不同激励频率下的相位值做梯度变换，获得平面内沿x轴位置方向的相位梯度；最后根据不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度确定被测物体缺陷所在位置。本发明从二维的角度出发，利用相位梯度识别出缺陷在被测样件中所处的位置，相比于一维角度出发，进一步提高了识别的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法流程图；

图2为本发明实施例多频激励涡流场相位梯度谱无损检测系统结构图；

图3为本发明实施例涡流传感器结构示意图；

图4为本发明实施例平面扫描路径示意图；

图5为本发明实施例激励频率为1hz时沿x轴位置方向相位梯度图；

图6为本发明实施例激励频率为2hz时沿x轴位置方向相位梯度图；

图7为本发明实施例激励频率为3hz时沿x轴位置方向相位梯度图；

其中，1、dds，2、检测探头，3、工控机，4、采集卡，5、v/i转换器，6、线性电源，7、三轴扫描平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统，能够准确的识别出缺陷在被测样件中所处的位置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法流程图，如图1所示，本发明提供一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法，所述方法包括：

步骤s1：获取被测物体在不同激励频率下的正弦激励电压信号；

步骤s2：获取平面扫描路径各点处与所述正弦激励电压信号对应的感应电压信号；

步骤s3：利用数字相敏解调技术，对所述感应电压信号进行解调，获得相位值；所述相位值公式为：

其中，φ为相位值，i为感应电压信号实部，r为感应电压信号虚部，r(n)为正弦激励电压信号，i(n)为余弦激励电压信号，vx(n)为理想的感应电压信号；k为感应电压信号与激励电压信号模值的变化量，φ为感应电压信号与激励电压信号相角的变化量；n＝0:n-1，n为单个周期内采样点数。

步骤s4：将不同激励频率下的相位值做梯度变换，获得平面内沿x轴位置方向的相位梯度，具体公式为：

其中，gx(x,y)为沿x轴位置方向的相位梯度，相位值数据为二维数组i＝1,2,…p，j＝1,2,…q，i和j分别代表x轴方向和y轴方向的不同位置。

步骤s5：根据不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度确定被测物体缺陷所在位置；具体包括：

步骤s51：使用2维灰度填充等高线图进行绘制不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度，获得相位梯度图；

步骤s52：根据所述相位梯度图确定被测物体缺陷所在位置。

本发明公开一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测方法及系统，所述方法首先获取被测物体在不同激励频率下的正弦激励电压信号和平面扫描路径各点处与所述正弦激励电压信号对应的感应电压信号；其次利用数字相敏解调技术，对所述感应电压信号进行解调，获得相位值；然后将不同激励频率下的相位值做梯度变换，获得平面内沿x轴位置方向的相位梯度；最后根据不同激励频率下的沿x轴位置方向的相位梯度确定被测物体缺陷所在位置。本发明从二维的角度出发，利用相位梯度识别出缺陷在被测样件中所处的位置，相比于一维角度出发，进一步提高了识别的准确度。

图2为本发明实施例多频激励涡流场相位梯度谱无损检测系统结构图，如图2所示，本发明还公开一种多频激励涡流场相位梯度谱无损检测系统，所述系统包括：直接数字式频率合成器dds1、检测探头2和工控机3；

所述直接数字式频率合成器dds1用于生成不同激励频率下的正弦激励电压信号；所述检测探头2与所述dds1连接，用于根据所述正弦激励电压信号检测被测物体，获得感应电压信号；所述工控机3分别与所述检测探头2和所述dds1连接，用于接收所述正弦激励电压信号和所述感应电压信号，并根据上述方法确定被测物体缺陷所在位置。

作为一种实施方式，本发明所述系统还包括：

采集卡4，分别与所述检测探头2、所述dds1和所述工控机3连接，用于采集所述正弦激励电压信号和所述感应电压信号，并发送至所述工控机3。

作为一种实施方式，本发明所述系统还包括：

v/i转换器5，分别与所述dds1和所述检测探头2连接，用于将所述dds1生成所述正弦激励电压信号转换成正弦激励电流信号，并发送至所述检测探头2，以使所述检测探头2根据所述正弦激励电流信号检测被测物体，获得感应电压信号；

线性电源6，分别与所述v/i转换器5和所述检测探头2连接，用于给所述v/i转换器5和所述检测探头2提供电能。

作为一种实施方式，本发明所述系统还包括：

三轴扫描平台7，分别与所述工控机3和所述检测探头2连接，用于根据所述工控机3发送的控制指令带动所述检测探头2在铝板上按预定的扫描路径检测被测物体；具体的，将所述检测探头2固定在三轴扫描平台7下方。

作为一种实施方式，本发明所述检测探头2包括：

涡流传感器，与所述v/i转换器5连接，用于根据所述正弦激励电流信号检测被测物体，获得感应电压信号；

放大电路，分别与所述涡流传感器和采集卡4连接，用于放大感应电压信号。

本发明中根据被测样件的材质、外形和尺寸确定所述检测探头2的外形、尺寸、平面扫描路径和扫描频率范围。本发明中被测样件以铝板为例进行试验，铝板尺寸为200×200×2mm，铝板上缺陷的尺寸为1×20×0.5mm，且缺陷的位置位于铝板表面中心，故确定检测探头2中涡流传感器的结构尺寸如图3所示，平面扫描路径如图4所示，扫描范围为120×60mm，因涡流检测在低频处对铝板较为敏感，故本方法设定激励频率范围为1khz～3khz之间。当激励频率为1hz时沿x轴位置方向相位梯度图如图5所示，当激励频率为2hz时沿x轴位置方向相位梯度图如图6所示；当激励频率为3hz时沿x轴位置方向相位梯度图如图7所示。由图5-图7可知，大部分呈现灰色(图示右侧色阶为0处)，表明沿该位置方向的相位值变化趋势不明显；中心左侧呈现黑色(图示右侧色阶为-1处)，表明沿该位置方向的相位值在减小；中心右侧呈现白色(图示右侧色阶为1处)，表明沿该位置方向的相位值在增加。进一步分析即可得到，沿着扫描路径的方向，其相位值呈先减小后增加的趋势，即表明此处存在缺陷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。