基于时域和频域信号综合分析的金属探伤研究

Defect detection for metal plates based 0n time-domain signal andtreouency-aom ain signal analysis n l ZHANG Xue-tong ，LI An-yang ，CHEN Li-jing ，ZHAO Qian ，CHEN Li-ting ，HE Min ，YIN Wu-liang(1.School of Logistics Engineering，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306，China；2.School of Electrical Engineering&Automation，Tianjin University，Tianjin 300072，China)Abstract：Electromagnetic eddy current testing technology as a new nondestructive testing technology is widely used in the aerospace，manufacturing an d other fields.Aiming at studying electromagnetic eddy curent testing technology in the measuring of the flaws of metalsystem，a detecting flaws of metal system based on field programmable gate aray(FPGA)designed early days was used，experiments wereconducted on metal plates with flaws of diferent lengths，depths and material properties，time-domain signal was achieved whenelectromagnetic sensor across the defective area of the metal plate.By means of analyzing the real part and the imaginary part of thetime-domain signal and frequeency-domain signal，the relationship between flaws of metal and amplitude change of signal wasestablished.Synthesized the characters of the two signals，the results indicate that both the surface and internal flaws can be detectedmore precisely with this system。

Key words：eddy curent sensor；flaw detection；field programmable gate aray(FPGA)；frequency-domain analysis；quadraturedeIT10dulati0no 7 1言 衮 篓 篡 鬈电磁检测是以材料电磁性能变化为判断依据来 检测、微波检测和漏磁检测。由于电磁涡流检测法有对材料及构件实施缺陷探测和性能测试的-类检测 非接触、非侵入等优点 ，其在金属缺陷测量、工业过程收稿 日期：2012-10-31基金项目：国家 自然科学基金国际重大合作资助项 目(60910001)；教育部博士点基金资助项 目(20090032110062)；教育部新教师基金资助项目(200800561063)作者简介：章学铜(1988-)，男，浙江乐清人，主要从事电磁层析成像和电磁测量方法方面的研究.E-mail：362428187###qq.corn通信联系人：尹武良，男，教授，博士生导师.E-mail：wuliang.yin###gmail.com· 256 · 机 电 工 程 第30卷6300箍 6200氆I窭6lo氇餐 60005900- - 深度O.2mm I- ，l 深度O.4mm r。- △ ：- -深度O.6mm I--- 、 / - - - 、-，o lOO 200 300 400 500 6oo 700 800 90o lOOO时域采样点数羲塞鼋频域采样点数(a)不同深度裂纹钢板探测感应信号虚部时域与频域图频域采样点数(b)不同深度裂纹钢板探测感应信号实部时域与频域图图6 不同深度裂纹测试效果图性较小 ，以及金属板裂纹间距较小，得到的幅频特性图效果也不是很明显，但是其在反映裂纹深度上还是有-定的可行性以及进-步探索的价值。

从图7中可以看出，当探测传感器从钢板样品下表面的裂纹划过时，时域图中出现类似正弦的信号波动，波峰与波谷分别与传感器趋近和离开裂纹相对应。并且 ，当裂纹较浅时，感应信号虚部与实部幅度波动较小，传感器的辨别效果减弱；当裂纹较深时，感应信号虚部与实部幅度波动较大。

在图7的时域图中，实、虚部感应信号幅值虽然与裂纹的深度具有-定的相关性，但采集信号波动较大，实际应用时还有-定的困难。为了探测信号幅频特性 ，本研究对采集信号进行了DFT(Discrete FourierTransform)处理。由图7中幅频特性图可看出：深度较大的金属裂纹对应的信号幅值较大，裂纹深度与幅值具有正相关性。

6200蘑610驾6o0o餐59O00 l00 200 300 400 500 600 700 800 9OO 1000时域采样点数1.15箍 1.1袜心1.o5锤1频域采样点数(a)钢板样品下表面的探测感应信号虚部时域与频域图×104- - 深度0.2mm l / -～-～ 深度O.4Ⅱn I - 0.6mil lJ 厂-V 。 0 l0o 200 300 4OO 500 6OO 700 800 9OO 1000时域采样点数频域采样点数(b)钢板样品下表面的探测感应信号实部时域与频域图图7 钢板样品下表面进行探测的效果图图7说明该探测装置可应用于金属内部裂纹的探测 ，且幅频特性在反映裂纹深度的效果上优于时域信号。

3 结束语基于FPGA构架 ，该电磁擦伤探伤系统采用了差动式涡流传感器，利用正交解调和DFT分别得到时域特性图和幅频特性图；通过对-系列的裂纹样品进行实验，本研究从时域和频域角度对感应信号的实部与虚部进行了分析，发现在反映裂纹损伤情况方面感应信号的幅频特性和时域特性都具有明显的特征性，其中幅频特性具有受噪声影响较小的特征。

由于实验中的传感器是人工手动划动、金属板上裂纹间距较小以及裂纹深度差异的精确性较差，而致使采集数据出现不必要的杂波。为了后面定量获得被测金属中裂纹几何尺寸方面的信息，笔者将在控制的精确性上开展进-步的研究。

(下转第266页)机 电 工 程 第 30卷进行了数值模拟。数值模拟结果为磨粒流加工过程中的工艺参数选择提供了参考依据，为进-步深入研究软性磨粒流湍流形态调控的基本规律和磨粒流特性提供了-种理论工具。

(1)通过对上述两个模型数值仿真的对比，可知在声压变化模型中的速度、湍动能等主要参数在整个约束流道内不同时刻，其分布有明显的不同，能实现扰动流场增强湍流以提高加工效率的目的。而湍动能较强区块的分布由入 口扩散到整个约束流道内，提高了整个约束流道内软性磨粒流的加工效率。

(2)在仿真中因超声波振动空化对经验公式和其参数进行了调整。根据仿真得到的速度、压力及湍动能等参数，结合它们之间的相互影响，及与空化数or之间的相互联系，与定常流相对比，可证明软生磨粒流结合超声波激振能使软性磨粒流中空化效应大大增强，从而提高了软性磨粒流的加工精度和加工效率。

(3)对比于定常流，在增加了声场压强变化的模型中，湍动能的分布在整个约束流道中更加均匀，且减小了定常流中出现加工死角的问题。同时湍动能增强的区域只在耦合了声场压强的约束流道区域内，而在相邻的湍流发生器中并无明显变化。因此可结合软性磨粒流约束流道的设计 ，在所需强化加工部位引人超声波激振，增强湍流，从而使软性磨粒流加工的方法能适应各种不同的流道 ，为研究和推广软性磨粒流超精密加工提供了新的方法。