基于DSP的電磁無損檢測技術(shù)

1 前言

初始磁導(dǎo)率法是基于電磁無損檢測方法檢測鋼鐵材質(zhì)，因其非破壞性、簡便、快速及可實(shí)現(xiàn)100%逐件檢測等優(yōu)點(diǎn)，在下業(yè)上得到)’泛的應(yīng)用。該方法主要通過測m:從時(shí)域的模擬信寫提取最能體現(xiàn)初始磁導(dǎo)率變化的某一段信寫的幅伯或相位大小，來實(shí)現(xiàn)材質(zhì)分選和缺陷的檢測。這種鋼鐵電磁無損檢測儀已經(jīng)在全國眾多廠礦企業(yè)得到)’泛的應(yīng)用但在某此比較特殊材質(zhì)下件的檢測過程中，仍然有缺陷信寫淹沒在噪聲信寫中導(dǎo)致檢測結(jié)果不理想的情況。木文探索了一種新的信寫處理方法來解決在實(shí)際中遇到的具體問題，肖次將DSP技術(shù)應(yīng)用于電磁無損檢測中，JI=與傳統(tǒng)電磁無損檢測方法進(jìn)行了比較，初步收到了較好的效果。

2檢測原理

試驗(yàn)裝置是通過從傳感器的輸出信寫中提取能夠反映被測下件特征的信寫，經(jīng)過BU置模擬信寫處理后送入數(shù)字信寫處J}.器進(jìn)行數(shù)字信寫處理。

2.1初始磁導(dǎo)率法原J

電磁感應(yīng)法的根抓是鋼鐵下件有無裂紋自接導(dǎo)致了下件的初始磁導(dǎo)率的不同，因此只要能找到鋼鐵下件有無裂紋與初始磁導(dǎo)率之間的對應(yīng)關(guān)系，即可判斷出鋼鐵件有無裂紋。此方法也可應(yīng)用于鋼鐵硬度、鋁合金的硬度和裂紋的分選3。

如圖1所示，當(dāng)一空心的磁化線圈中通以交流激磁電流后，線圈內(nèi)就產(chǎn)生一軸向的交變磁場H,, 0當(dāng)被測鐵磁性鋼鐵件放入線圈中，在H,的作用卜，鋼鐵件被交變磁化，從而大大增強(qiáng)了原來的交變磁場強(qiáng)度H,, 0但同時(shí)，由于棒狀鋼鐵件的退磁場和鋼鐵件中感應(yīng)出的渦流產(chǎn)生的附加交變磁場，兩者之和為H，用來削弱原外加磁場H,, 0因此為處理問題方便，引入新的概念，即有效磁導(dǎo)率。

這樣，用一測m:線圈同軸繞制于磁化線圈上時(shí)，必在測m:線圈中產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢E}其大小為

式(1)、式(2)中:

P 一激磁頻率;

D一測m:線圈的自徑:

r‘一測m:線圈的匝數(shù):

H一下件的有效磁導(dǎo)率;

E-下件的相對磁導(dǎo)率;

H,一磁化線圈中的激磁場強(qiáng)度。

由上兩式可知，測m:線圈中的感應(yīng)電動勢E在f ,D,ra,魷等為定伯時(shí)，其改變m:的大小只與鋼鐵件的相對初始磁導(dǎo)率和有效磁導(dǎo)率有關(guān)。由于初始磁導(dǎo)率法適用于批m:生產(chǎn)鋼鐵件的100%無損檢測，因此鋼鐵件的規(guī)格尺寸可以認(rèn)為是一樣的，所以感應(yīng)電動勢主要只與初始磁導(dǎo)率有關(guān)。這在研究和現(xiàn)場應(yīng)用中已得到證實(shí)。

可見，只要測出測m:感應(yīng)線圈的電壓或電流，便可知道初始磁導(dǎo)率的大小。

2.2數(shù)字信寫處理

木試驗(yàn)中，利用離散傅里葉算法“」有較強(qiáng)的濾波功能，對電流、電壓進(jìn)行諧波分析，設(shè)輸入信號為

經(jīng)傅里葉分析后得

其中，K,,K,分別為正弦和余弦分m:補(bǔ)償系數(shù)。其計(jì)算公式為

其中，N為采樣點(diǎn)數(shù)

當(dāng)一個(gè)周期的AD采樣完成后，實(shí)時(shí)計(jì)算出:的伯，然后在傅里葉分析完成后對正弦余弦分m:進(jìn)行補(bǔ)償。采用快速傅里葉變換(FFT)的數(shù)字信號處理方法來實(shí)現(xiàn)濾波的功能。

3試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)主要由7個(gè)功能模塊組成，如圖2所示。

對主要模塊的功能說明如下:

(1)DSP系統(tǒng)包括CPU CTMS320LF2407}、兩塊存儲器C1S61LV6416-15TH、電源模塊CTPS7670D318}、鎖相環(huán)等。其主要功能是對采集的數(shù)抓進(jìn)行處理，完成計(jì)算等;LF2407A是3.3 V供電的低功耗數(shù)宇信寫處理芯片。木試驗(yàn)采用DSP片內(nèi)AD模塊，-，'y省了制造成木和減小了系統(tǒng)的體積。

(2)信寫預(yù)處J:}.模塊包括放大電路、MAX274集成濾波器，主要功能是信寫放大和實(shí)現(xiàn)硬件的低通濾波等，完成信寫的預(yù)處理。

(3)信寫調(diào)理模塊山電平轉(zhuǎn)換調(diào)'y電路等組成，其主要功能是將大的電信寫調(diào)理成適合DSP的AD模塊輸入所能接受的信寫。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)所用的試樣來自某廠家從生產(chǎn)現(xiàn)場選出來的急冷鑄鐵挺桿。試樣自徑17 mm，長33 mm}共30個(gè)，廠家用肉眼分出15個(gè)裂紋件，巧個(gè)非裂紋件。其中一個(gè)非裂紋件作為參考試樣。木文把裂紋件稱為小合格試樣，非裂紋件稱為合格試樣。

圖3是未經(jīng)過數(shù)宇信寫處理測試的結(jié)果。圖4是經(jīng)過數(shù)宇信寫處理過的測試結(jié)果。山于這鄴試樣的合格與否，是用肉眼觀察分選出來的，對于鑄鐵挺桿內(nèi)部的裂紋用肉眼是無法觀察到的，所以肉眼認(rèn)為合格的試樣，極有可能內(nèi)部存在裂紋;對于混在合格試樣中的小合格試樣是裂紋還是劃瑯，還有待于進(jìn)一步的研究。因此，經(jīng)過分析，通過比較圖3和圖4，提取的特征信寫經(jīng)過DSP處理過的明撤要比未經(jīng)過DSP處理過的效果要好。另外，對40Cr拉桿也進(jìn)行了測試和比較，收到了和鑄鐵挺桿是一樣的效果。

5結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的無損檢測方法相比，采用以TMS320LF2407A處理器為核心的DSP系統(tǒng)，利用離散傅里葉算法具有較強(qiáng)的濾波功能，史能準(zhǔn)確地提取特征信寫，使檢測精度有所提高。雖然木試驗(yàn)方法收到了較好的效果，但能否使該系統(tǒng)的優(yōu)越性得到史充分的體現(xiàn)，還有待進(jìn)一步的研究。