基于DSP的電磁無損檢測技術

1 前言

初始磁導率法是基于電磁無損檢測方法檢測鋼鐵材質，因其非破壞性、簡便、快速及可實現100%逐件檢測等優點，在下業上得到)’泛的應用。該方法主要通過測m:從時域的模擬信寫提取最能體現初始磁導率變化的某一段信寫的幅伯或相位大小，來實現材質分選和缺陷的檢測。這種鋼鐵電磁無損檢測儀已經在全國眾多廠礦企業得到)’泛的應用但在某此比較特殊材質下件的檢測過程中，仍然有缺陷信寫淹沒在噪聲信寫中導致檢測結果不理想的情況。木文探索了一種新的信寫處理方法來解決在實際中遇到的具體問題，肖次將DSP技術應用于電磁無損檢測中，JI=與傳統電磁無損檢測方法進行了比較，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，經過BU置模擬信寫處理后送入數字信寫處J}.器進行數字信寫處理。

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裂紋與初始磁導率之間的對應關系，即可判斷出鋼鐵件有無裂紋。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，當一空心的磁化線圈中通以交流激磁電流后，線圈內就產生一軸向的交變磁場H,, 0當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，從而大大增強了原來的交變磁場強度H,, 0但同時，由于棒狀鋼鐵件的退磁場和鋼鐵件中感應出的渦流產生的附加交變磁場，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，即有效磁導率。

這樣，用一測m:線圈同軸繞制于磁化線圈上時，必在測m:線圈中產生一感應電動勢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:

H一下件的有效磁導率;

E-下件的相對磁導率;

H,一磁化線圈中的激磁場強度。

由上兩式可知，測m:線圈中的感應電動勢E在f ,D,ra,魷等為定伯時，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。由于初始磁導率法適用于批m:生產鋼鐵件的100%無損檢測，因此鋼鐵件的規格尺寸可以認為是一樣的，所以感應電動勢主要只與初始磁導率有關。這在研究和現場應用中已得到證實。

可見，只要測出測m:感應線圈的電壓或電流，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、電壓進行諧波分析，設輸入信號為

經傅里葉分析后得

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為采樣點數

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

3試驗的設計

本試驗主要由7個功能模塊組成，如圖2所示。

對主要模塊的功能說明如下:

(1)DSP系統包括CPU CTMS320LF2407}、兩塊存儲器C1S61LV6416-15TH、電源模塊CTPS7670D318}、鎖相環等。其主要功能是對采集的數抓進行處理，完成計算等;LF2407A是3.3 V供電的低功耗數宇信寫處理芯片。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)信寫預處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現硬件的低通濾波等，完成信寫的預處理。

(3)信寫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調理成適合DSP的AD模塊輸入所能接受的信寫。

4試驗結果與分析

試驗所用的試樣來自某廠家從生產現場選出來的急冷鑄鐵挺桿。試樣自徑17 mm，長33 mm}共30個，廠家用肉眼分出15個裂紋件，巧個非裂紋件。其中一個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是未經過數宇信寫處理測試的結果。圖4是經過數宇信寫處理過的測試結果。山于這鄴試樣的合格與否，是用肉眼觀察分選出來的，對于鑄鐵挺桿內部的裂紋用肉眼是無法觀察到的，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，還有待于進一步的研究。因此，經過分析，通過比較圖3和圖4，提取的特征信寫經過DSP處理過的明撤要比未經過DSP處理過的效果要好。另外，對40Cr拉桿也進行了測試和比較，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，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越性得到史充分的體現，還有待進一步的研究。