基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法

本发明属于电涡流无损检测中的图像处理，具体涉及一种基于多频激励的电涡流三维成像方法。

背景技术：

1、电涡流检测是一种基于电磁感应现象的无损检测技术。通有交变电流的激励线圈会产生激励磁场，作用于被测材料感应出电涡流，当被测板材存在缺陷时，电涡流将发生畸变从而影响感应线圈磁通，最终反映为感应线圈上电压或阻抗变化。电涡流检测适用于导电材料的缺陷检测和性质测量，相比其他无损检测方法，具有非接触、无需清理表面、无需耦合剂、无污染等优点。

2、随着工业产品质量与服役安全性要求的不断提升，无损检测技术正朝着可视化的方向发展。虽然电涡流方法在导电材料的无损检测方面有其独特的优势，但也存在一些制约其朝可视化发展的问题。目前常见的基于c扫描的电涡流二维成像检测，对判断材料中是否存在缺陷尚可，但对于精准定位缺陷深度则无能为力，例如深层的大缺陷和浅层的小缺陷可能会产生相似的检测结果，在二维检测图像中难于区分。因此很难以此为依据进行工艺的改良与服役中的结构优化，发展高精度的三维可视化电涡流检测方法是信息化时代下的必然趋势。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提出一种基于多频激励的电涡流三维成像方法，考虑材料在存在缺陷处电导率会发生变化，通过多频电涡流检测方法与迭代反演重构被测材料的三维电导率分布，并最终合成三维检测图像。解决传统单频电涡流检测受趋肤效应影响，灵敏度随渗透深度加深而下降，且不同深度的单频涡流与检测信号有着复杂的耦合关系，难以解析并进行三维图像的重构的技术问题。

2、为实现本发明的目的，第一方面，本申请提供了一种基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，包括以下步骤：

3、s1、初始化扫描与检测装置，

4、检测装置移动电涡流线圈对被测材料开始进行c扫描，扫描的分辨率为，每个扫描点的坐标为，，；

5、s2、在扫描点处，设置电涡流线圈的激励电流频率从低频到高频，记为，，进行m个工作频率下的电涡流检测；

6、s3、检测装置同步获取电涡流线圈位于扫描点处的电涡流线圈在m个工作频率下的电压反馈值；

7、s4、利用维的成像灵敏度矩阵表示出步骤s3获取的电压反馈值关于扫描点处被测材料垂直方向电导率分布的不适定方程组；

8、s5、求解不适定方程，获得扫描点处的被测材料垂直电导率分布；

9、s6、重复步骤s2到s5，直到，全部扫描点检测完成；

10、s7、将所有扫描点检测到的电导率分布按坐标组合成三维矩阵，中的元素代表三维矩阵z方向的元素；

11、s8、在检测装置或pc上位机等终端中，将s7中组合而成的三维矩阵元素转换为带透明度的rgba像素值显示，即得到三维检测图像。

12、优选地，在步骤4所述的灵敏度矩阵，其构建的具体方法和步骤如下：

13、1）采用有限元仿真的方法，建立电涡流线圈位于被测材料上方的电涡流检测模型，将被测材料划分为个假设的薄层，各层的电导率为，其中，；

14、2）设置被测材料最上方的一个假设的薄层存在一个理想单位缺陷，厚度与假设层相等、直径与电涡流线圈直径相近的圆柱体，电导率为；

15、3）将理想单位缺陷从上到下层逐层移动，移动到每一层时电涡流线圈的激励频率设置为，，同时记录电涡流线圈电压值，；

16、4）使用记录的电涡流线圈电压值和各层电导率变化形成灵敏度矩阵。

17、优选地，灵敏度矩阵的具体形式如下：

18、。

19、优选地，所述不适定方程组为，其中，是电涡流线圈位于空气域中的参考电压。

20、第二方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时第一方面所述的方法步骤。

21、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

22、1、通过多频响应重构三维图像，不需要增加传感器数量或使用阵列，降低了检测时对检测设备信号通道数量的需求。

23、2、可视化、三维化的无损检测技术符合当前技术发展的趋势，克服了常规二维成像检测不能对材料缺陷的深度准确定位及纵向尺寸呈现的缺点。

24、3、对被测材料的三维电涡流成像检测，可以直观显示材料缺陷的三维位置、大小、形态，有助于无损评估材料的损伤情况。

技术特征：

1.基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，其特征在于，在步骤4所述的灵敏度矩阵，其构建的具体方法和步骤如下：

3.根据权利要求2所述的基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，其特征在于，灵敏度矩阵的具体形式如下：

4.根据权利要求1所述的基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，其特征在于，所述不适定方程组为，其中，是电涡流线圈位于空气域中的参考电压。

5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时所述权利要求1-4的方法步骤。

技术总结
本发明公开了基于多频激励的电涡流扫描三维成像方法，步骤为：S1、初始化扫描与检测装置，开始扫描检测；S2、在扫描点处对电涡流线圈施加m个频率的激励电流；S3、获取电涡流线圈位于该扫描点处的m个反馈电压值；S4、利用维的成像灵敏度矩阵列出扫描点电线圈压值关于被测材料垂直方向电导率的不适定方程组；S5、求解不适定方程组，获得扫描点处的被测材料垂直电导率分布；S6、重复步骤S2到S5，直到全部扫描点检测完成；S7、将所有扫描点检测到的电导率分布组合成三维矩阵；S8、将三维矩阵元素转换为带透明度的RGBA像素值显示，得到三维检测图像。本申请通过多频响应重构三维图像，无需增加传感器数量与方向，降低对检测设备信道数量的需求。

技术研发人员：包俊,李伸宏,严昌利,马军,邓为权,赵成俊
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27