基于DSP的電磁無(wú)損檢測技術(shù)

1 前言

初始磁導率法是基于電磁無(wú)損檢測方法檢測鋼鐵材質(zhì)，因其非破壞性、簡(jiǎn)便、快速及可實(shí)現100%逐件檢測等優(yōu)點(diǎn)，在下業(yè)上得到)’泛的應用。該方法主要通過(guò)測m:從時(shí)域的模擬信寫(xiě)提取最能體現初始磁導率變化的某一段信寫(xiě)的幅伯或相位大小，來(lái)實(shí)現材質(zhì)分選和缺陷的檢測。這種鋼鐵電磁無(wú)損檢測儀已經(jīng)在全國眾多廠(chǎng)礦企業(yè)得到)’泛的應用但在某此比較特殊材質(zhì)下件的檢測過(guò)程中，仍然有缺陷信寫(xiě)淹沒(méi)在噪聲信寫(xiě)中導致檢測結果不理想的情況。木文探索了一種新的信寫(xiě)處理方法來(lái)解決在實(shí)際中遇到的具體問(wèn)題，肖次將DSP技術(shù)應用于電磁無(wú)損檢測中，JI=與傳統電磁無(wú)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

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

2.1初始磁導率法原J

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

如圖1所示，當一空心的磁化線(xiàn)圈中通以交流激磁電流后，線(xiàn)圈內就產(chǎn)生一軸向的交變磁場(chǎng)H,, 0當被測鐵磁性鋼鐵件放入線(xiàn)圈中，在H,的作用卜，鋼鐵件被交變磁化，從而大大增強了原來(lái)的交變磁場(chǎng)強度H,, 0但同時(shí)，由于棒狀鋼鐵件的退磁場(chǎng)和鋼鐵件中感應出的渦流產(chǎn)生的附加交變磁場(chǎng)，兩者之和為H，用來(lái)削弱原外加磁場(chǎng)H,, 0因此為處理問(wèn)題方便，引入新的概念，即有效磁導率。

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

式(1)、式(2)中:

P 一激磁頻率;

D一測m:線(xiàn)圈的自徑:

r‘一測m:線(xiàn)圈的匝數:

H一下件的有效磁導率;

E-下件的相對磁導率;

H,一磁化線(xiàn)圈中的激磁場(chǎng)強度。

由上兩式可知，測m:線(xiàn)圈中的感應電動(dòng)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率和有效磁導率有關(guān)。由于初始磁導率法適用于批m:生產(chǎn)鋼鐵件的100%無(wú)損檢測，因此鋼鐵件的規格尺寸可以認為是一樣的，所以感應電動(dòng)勢主要只與初始磁導率有關(guān)。這在研究和現場(chǎng)應用中已得到證實(shí)。

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

2.2數字信寫(xiě)處理

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

經(jīng)傅里葉分析后得

其中，K,,K,分別為正弦和余弦分m:補償系數。其計算公式為

其中，N為采樣點(diǎn)數

當一個(gè)周期的AD采樣完成后，實(shí)時(shí)計算出:的伯，然后在傅里葉分析完成后對正弦余弦分m:進(jìn)行補償。采用快速傅里葉變換(FFT)的數字信號處理方法來(lái)實(shí)現濾波的功能。

3試驗的設計

本試驗主要由7個(gè)功能模塊組成，如圖2所示。

對主要模塊的功能說(shuō)明如下:

(1)DSP系統包括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抓進(jìn)行處理，完成計算等;LF2407A是3.3 V供電的低功耗數宇信寫(xiě)處理芯片。木試驗采用DSP片內AD模塊，-，'y省了制造成木和減小了系統的體積。

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

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

4試驗結果與分析

試驗所用的試樣來(lái)自某廠(chǎng)家從生產(chǎn)現場(chǎng)選出來(lái)的急冷鑄鐵挺桿。試樣自徑17 mm，長(cháng)33 mm}共30個(gè)，廠(chǎng)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(chēng)為小合格試樣，非裂紋件稱(chēng)為合格試樣。

圖3是未經(jīng)過(guò)數宇信寫(xiě)處理測試的結果。圖4是經(jīng)過(guò)數宇信寫(xiě)處理過(guò)的測試結果。山于這鄴試樣的合格與否，是用肉眼觀(guān)察分選出來(lái)的，對于鑄鐵挺桿內部的裂紋用肉眼是無(wú)法觀(guān)察到的，所以肉眼認為合格的試樣，極有可能內部存在裂紋;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(guò)分析，通過(guò)比較圖3和圖4，提取的特征信寫(xiě)經(jīng)過(guò)DSP處理過(guò)的明撤要比未經(jīng)過(guò)DSP處理過(guò)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結論

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