基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像系统

摘要

本发明涉及脉冲涡流缺陷检测技术领域，尤其是一种基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像系统，包括圆角矩形阵列探头和脉冲涡流缺陷成像系统软件，圆角矩形阵列探头上设有激励线圈和霍尔传感器，圆角矩形阵列探头内部设有模块系统，圆角矩形阵列探头底部设有被测试件，被测试件上设有缺陷。基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像系统是以采用瞬态感应信号的峰值和过零时间作为特征量，通过脉冲涡流缺陷成像系统软件处理，不仅提高了铁磁性构件检测信号的灵敏度，而且提高了图像边缘识别的准确性和成像的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲涡流缺陷检测技术领域，尤其是一种基于圆角矩形阵列探头的脉 冲涡流缺陷检测成像系统。

背景技术

随着工业社会的高速发展，高强度钢板在大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅 炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械有着广泛的应用，已成为现代工业中不可缺少 的一部分。为了避免因高强度钢板的缺陷引发的安全事故，定期检查高强度钢板的腐蚀缺 陷，磨损情况及评估其可靠性，和使用寿命。脉冲涡流作为一种新型的检测技术，具有穿透 能力强，包含丰富信息等优点，在铁磁性构件检测中有一定优势，脉冲涡流检测对缺陷成 像，使得检测结果很直观和清晰。传统脉冲涡流缺陷成像检测，以幅值作为特征量来调节图 像的灰度，缺陷边缘难以提取，成像不准确，精度差。

发明内容

为了克服现有的不足，本发明提供了一种基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷 检测成像系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于圆角矩形阵列探头的脉冲 涡流缺陷检测成像系统，包括圆角矩形阵列探头和脉冲涡流缺陷成像系统软件，圆角矩形 阵列探头上设有激励线圈和霍尔传感器，圆角矩形阵列探头内部设有模块系统，圆角矩形 阵列探头底部设有被测试件，被测试件上设有缺陷。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，圆角矩形阵列探头的下表面与被测试 件表面平行，圆角矩形阵列探头到被测试件表面的距离为1.2mm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，霍尔传感器为4X4阵列分布，位于圆角 矩形阵列探头的下方。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，模块系统包括STC89C52模块、脉冲信号 发生模块、功率放大电路、五阶有源低通滤波电路、信号调理电路、16路高速数据采集卡， STC89C52模块控制脉冲信号发生模块，输出占空比和频率可调的方波信号，通过功率放大 电路把信号进行放大，并将信号传递给霍尔传感器进行检测，霍尔传感器检测的信号经过 五阶有源低通滤波电路消除高频噪声，检测信号再经过信号调理电路进行调理，调理后输 送给16路高速数据采集卡，并将检测信号实时送入计算机，交由计算机脉冲涡流缺陷成像 系统软件处理，在计算机上输出缺陷图像。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述计算机脉冲涡流缺陷成像系统软 件的信号采集过程如下：

（1）设定成像软件系统参数初始值；

（2）16路高速数据采集卡将实时采集的信号数据送入计算机脉冲涡流缺陷成像系统软 件中，在圆角矩形阵列探头扫描过程中，计算机脉冲涡流缺陷成像系统软件将每次采集的 瞬态感应信号的峰值以图像形式连续显示，形成信号峰值扫描波形图；

（3）通过改进的多传感器数据融合算法对16路高速数据采集卡测得的数据的真实性进 行判别，找出不同传感器数据之间的相互关系，对这些测量数据进行一致性检查，剔除其中 数据误差大于8%的数组且至少保留12组数据，即得最佳融合数组，利用加权平均法对通过 一致性检查的数据进行融合，最后得到最佳的融合结果。

（4）融合后的数据信号采用主成分分析方法处理后，只提取经过缺陷的圆角矩形 阵列探头单元的信号特征量；

（5）瞬态感应信号的过零时间特征值决定缺陷的深度，通过特征量过零时间调节图像 灰度，过零时间及其拟合曲线，确定缺陷的位置，从而形成缺陷深度侧视图。

（6）当圆角矩形阵列探头从缺陷上扫描时，在进入和离开缺陷时，瞬态感应信号出 现两个极值点，采用主成分分析法只提取经过缺陷的圆角矩形阵列探头单元峰值扫描波形 的两个极值，识别出缺陷边缘；由特征量峰值调节图像的灰度值，显示缺陷的程度，从而形 成缺陷程度俯视图。

本发明的有益效果是，基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像系统是以 采用瞬态感应信号的峰值和过零时间作为特征量，通过脉冲涡流缺陷成像系统软件处理， 不仅提高了铁磁性构件检测信号的灵敏度，而且提高了图像边缘识别的准确性和成像的精 度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像系统流程图；

图2是4X4阵列分布的霍尔传感器在激励线圈底面排布的示意图；

图3是试件内部涡流的磁感线分布示意图；

图4是脉冲信号发生电路；

图5是功率放大电路；

图6是有源低通滤波电路；

图7是信号调理电路；

图中1、圆角矩形阵列探头，2、脉冲涡流缺陷成像系统软件，3、激励线圈，4、霍尔传感 器，5、模块系统，6、被测试件，7、缺陷，8、STC89C52模块，9、脉冲信号发生模块，10、功率放大 电路，11、五阶有源低通滤波电路，12、信号调理电路，13、16路高速数据采集卡。

具体实施方式3

如图1是本发明的结构示意图，一种基于圆角矩形阵列探头的脉冲涡流缺陷检测成像 系统，包括圆角矩形阵列探头1和脉冲涡流缺陷成像系统软件2，其特征是，所述圆角矩形阵 列探头1上设有激励线圈3和霍尔传感器4，所述圆角矩形阵列探头1内部设有模块系统5，所 述圆角矩形阵列探头1底部设有被测试件6，所述被测试件6上设有缺陷7。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述圆角矩形阵列探头1的下表面与被 测试件6表面平行，圆角矩形阵列探头1到被测试件6表面的距离为1.2mm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述霍尔传感器4为4X4阵列分布，位于 圆角矩形阵列探头1的下方。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述模块系统5包括STC89C52模块8、脉 冲信号发生模块9、功率放大电路10、五阶有源低通滤波电路11、信号调理电路12、16路高速 数据采集卡13，STC89C52模块8控制脉冲信号发生模块9，输出占空比和频率可调的方波信 号，通过功率放大电路10把信号进行放大，并将信号传递给霍尔传感器4进行检测，霍尔传 感器4检测的信号经过五阶有源低通滤波电路11消除高频噪声，检测信号再经过信号调理 电路12进行调理，调理后输送给16路高速数据采集卡13，并将检测信号实时送入计算机，交 由计算机脉冲涡流缺陷成像系统软件2处理，在计算机上输出缺陷图像。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述计算机脉冲涡流缺陷成像系统软 件2的信号采集过程如下：

1设定成像软件系统参数初始值；

216路高速数据采集卡13将实时采集的信号数据送入计算机脉冲涡流缺陷成像系统软 件2中，在圆角矩形阵列探头1扫描过程中，计算机脉冲涡流缺陷成像系统软件2将每次采集 的瞬态感应信号的峰值以图像形式连续显示，形成信号峰值扫描波形图；

3通过改进的多传感器数据融合算法对16路高速数据采集卡13测得的数据的真实性进 行判别，找出不同传感器数据之间的相互关系，对这些测量数据进行一致性检查，剔除其中 数据误差大于8%的数组且至少保留12组数据，即得最佳融合数组，利用加权平均法对通过 一致性检查的数据进行融合，最后得到最佳的融合结果；

4融合后的数据信号采用主成分分析方法处理后，只提取经过缺陷7的圆角矩形阵列探 头1单元的信号特征量；

5瞬态感应信号的过零时间特征值决定缺陷7的深度，通过特征量过零时间调节图像灰 度，过零时间及其拟合曲线，确定缺陷7的位置，从而形成缺陷深度侧视图。

6当圆角矩形阵列探头1从缺陷7上扫描时，在进入和离开缺陷7时，瞬态感应信号 出现两个极值点，采用主成分分析法只提取经过缺陷7的圆角矩形阵列探头1单元峰值扫描 波形的两个极值，识别出缺陷7边缘；由特征量峰值调节图像的灰度值，显示缺陷的程度，从 而形成缺陷程度俯视图。

信号从产生到调理的具体过程为：本系统的激励信号发生模块采用方波作为激励 源，由STC89C52模块8控制由AD9850芯片与外围电路组成的脉冲信号发生模块9，如图4所 示，调节R6可调节输出方波的占空比，频率调节则由程序控制。采用运放芯片OPA549T对方 波信号进行放大处理，OPA549T具有低功耗，大电流，输出电压高等优点，芯片集成度高，如 图5所示，通过调节R2和R3，放大功率倍数，功率放大倍数为G=1+R3/R2。采用五阶有源低通 滤波电路11，截止频率为15Hz，使高于15Hz频率的噪声信号被完全滤除，其电路参数取值 C11=C13=C14=22nf，R10=0.48K，R8=R11=R12=0.89K，R9=R13=R14=2.83K，如图6所示。选取 CLC1200运放芯片作为信号调理的放大电路，其功能有两方面，一方面在芯片输入端设计了 高通滤波器，主要作用是滤去电路自带的直流分量；另一方面是微弱信号放大电路，电路的 放大倍数为G=1+49.4k/R11，通过调节电阻R11的阻值改变放大倍数。

通过STC89C52模块8控制脉冲信号发生模块9，输出占空比和频率可调的方波信 号，通过功率放大电路10把信号进行放大，放大倍数为G=1+R3/R2，经过运放后的信号进入 圆角矩形阵列探头1上的激励线圈3，激励线圈3在其周围空间内产生一次磁场，当圆角矩形 阵列探头1放在被测试件6上时，被测试件6内部电涡流产生的二次磁场和一次磁场发生耦 合，当圆角矩形阵列探头1从左向右移动，遇到缺陷7时，涡流的磁通量密度和磁感线分布会 改变，促使耦合的磁场发生扰动，通过霍尔传感器4来检测耦合磁场的变化量，被测试件6内 部涡流缺陷7会引起磁感线上各点对应的磁感应强度的变化,磁场变化最大的地方在缺陷7 的正上方处，但没有缺陷处附近的磁场值基本没有变化，这样使得检测信号峰值在有缺陷 处和无缺陷处有着很大差异。霍尔传感器4检测的信号经过五阶有源低通滤波电路11消除 高频噪声，原因在于涡流低频成分对于表面缺陷检测起主要作用和滤除高频噪声。检测信 号再经过信号调理电路12进行调理，调理后输送给16路高速数据采集卡13，16路高速数据 采集卡13同时负责16路检测信号和方波信号采集，并实时送入计算机，交由脉冲涡流缺陷 成像系统软件2处理，在计算机上输出缺陷图像。