一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102230914 A (43)申请公布日 2011.11.02 CN 102230914 A *CN102230914A* (21)申请号 201110080283.1 (22)申请日 2011.03.31 G01N 27/90(2006.01) (71)申请人 厦门安锐捷电子科技有限公司 地址 361000 福建省厦门市湖里区江头东里 5 号 703 (72)发明人 高金渡 李达兴 (74)专利代理机构 厦门市首创君合专利事务所 有限公司 35204 代理人 连耀忠 (54) 发明名称 一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种基

2、于电磁谐振的金属材料 的无损检测方法， 是采用在检测线圈中并联谐振 电容的方式来得到涡流检测的响应谐振信号， 通 过对响应谐振信号进行比较分析， 以及预先进行 缺陷大小与信号幅值、 缺陷深度与信号相位的标 定处理， 从而能够方便地对金属材料进行无损检 测。该电磁谐振检测方法， 不但能够实现传统的 单频涡流、 脉冲涡流等多种电磁检测所能实现的 缺陷检测效果， 而且对工件的内部缺陷也能有效 检出， 同时针对复杂工件表面， 诸如工件表面有铸 造面， 凹凸不平， 附有油污、 防锈漆、 腐蚀层和其他 污染物等， 都能够实现非接触式、 高提离值下的检 测。 且不需要对试件进行清洗， 特别对磁性金属材 料不

3、需进行磁化和退磁等繁琐的工序。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 CN 102230916 A1/2 页 2 1. 一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 包括标定和实测两个过程 ： 在标定过程， 它包括如下步骤 ： a. 用一个设有激励绕组线圈和接收绕组线圈的电磁感应探头贴近一个标定金属材料 的无缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信 号经数模转换及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取 标定金属材料的无缺陷部

4、位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过 滤、 放大和分析后， 获得一与无缺陷特征相对应的第一阻尼振荡波形并被设为参考信号 ； b. 用所述电磁感应探头贴近所述标定金属材料中已知缺陷大小和深度的缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换 及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取标定金属材料 的缺陷部位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析 后， 获得一与已知缺陷大小和深度相关联的第二阻尼振荡波形 ； c. 由计算机处理系统对第一阻尼振荡波形和第二阻尼振

5、荡波形进行比较， 获取第二阻 尼振荡波形与第一阻尼振荡波形之间的幅值差和相位差， 并且由计算机处理系统将所述幅 值差处理成与标定金属材料中的已知缺陷大小相对应的数据， 将所述相位差处理成与标定 金属材料中的已知缺陷深度相对应的数据 ； d.不断地改变所述标定金属材料的已知缺陷大小的数值， 并分别经步骤b和步骤c后， 得到许多与标定金属材料的不同的已知缺陷大小相对应的数据， 并由计算机处理系统将获 得的标定金属材料的不同的已知缺陷大小所一一对应的数据处理成以幅值差数据为变量 的与金属材料的缺陷大小成对应关系的函数表达关系 ； e.不断地改变标定金属材料的已知缺陷深度的数值， 并分别经步骤b和步骤

6、c后， 得到 许多与标定金属材料的不同的已知缺陷深度相对应的数据， 并由计算机处理系统将获得的 标定金属材料的不同的已知缺陷深度所一一对应的数据处理成以相位差数据为变量的与 金属材料的缺陷深度成对应关系的函数表达关系 ； 在实测过程， 它包括如下步骤 ： f. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的无缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字 频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组线圈 上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信号 ； 该衰减 振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的无缺陷特征相对

7、应的第三阻尼振荡波形并被设为参考信号 ； g. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频 率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组线圈 上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信号 ； 该衰减 振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的缺陷相关联的第 四阻尼振荡波形 ； h. 由计算机处理系统对第三阻尼振荡波形和第四阻尼振荡波形进行比较， 得到第四阻 尼振荡波形与第三阻尼振荡波形之间的实测的幅值差和相位差， 并且由计算机处理系统将 该实测的幅值差和相位差分别代入以

8、幅值差数据为变量的与金属材料的缺陷大小成对应 关系的函数表达关系和以相位差数据为变量的与金属材料的缺陷深度成对应关系的函数 权 利 要 求 书 CN 102230914 A CN 102230916 A2/2 页 3 表达关系中， 进而得出金属测试件是否有缺陷以及缺陷的大小和深度。 2. 根据权利要求 1 所述的基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 其特征在于 ： 所 述的脉冲方波信号的方波占空比为0.01-99.99可调， 脉冲频率设置为10500KHz， 电 压在 1 50V 之间。 3. 根据权利要求 1 所述的基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 其特征在于 ： 所 述的数字频率合

9、成器产生脉冲方波信号对激励绕组线圈进行激励， 或者数字频率合成器产 生正弦波信号对激励绕组线圈进行激励。 4. 根据权利要求 1 所述的基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 其特征在于 ： 进 一步的， 还包括计算机处理系统对金属测试件缺陷大小的实测幅值差和相位差进行显示处 理， 该显示处理是将幅值差和相位差的数据通过颜色、 阻抗或者 B 扫三种方式之一将缺陷 显示在屏幕上。 5. 根据权利要求 1 所述的基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 其特征在于 ： 所 述的电磁感应探头是将两片谐振电容片卷成圆柱形作为内芯， 接收线圈缠绕在内芯外面， 接收线圈与电容并联形成检测线圈， 激励绕组线圈

10、缠绕在工业纯铁工件上， 并罩住检测线 圈。 权 利 要 求 书 CN 102230914 A CN 102230916 A1/7 页 4 一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种无损检测方法， 特别是涉及一种基于电磁谐振的金属材料的无损 检测方法。 背景技术 0002 随着社会主义市场经济的蓬勃发展， 工业化程度的大幅度提高， 各种机械设备装 置在各行业的应用也越来越普及。伴随着各种机械设备装置的大量应用， 其潜在的安全隐 患也建逐渐显露了出来， 无损检测是发现这类安全隐患的直接而有效的手段之一。无损检 测的常规方法有超声检测， 射线探伤， 磁粉、 漏磁、

11、渗透和涡流等电磁检测。超声检测的检 测对象范围广， 缺陷定位比较准， 但对被测材料表面状况要求比较高， 同时与被测对象之间 需要耦合剂， 而且耦合的状态会很大地影响超声检测的结果 ； 超声束覆盖范围小， 扫描时间 长， 需要处理的数据量大。 磁粉检测灵敏度高， 可直观地显示缺陷的形状、 位置与大小， 并能 大致确定缺陷的性质， 工艺简单， 检测速度快， 但仅局限于检测铁磁性材料的表平面与近表 面缺陷 ； 试件表面不得有油脂或其他能粘附磁缝的物质， 对油漆或者镀烙层厚度有要求， 不 应大于 0.08mm ； 同时要磁化电源和设备， 检测后需要退磁及清洗。漏磁检测易于实现自动 化， 检测可靠性较高

12、， 可实现缺陷的初步量化， 但只适用于铁磁性材料， 检测灵敏度低， 需要 对工件饱和磁化， 由于工件表面和形状的原因， 使得工件表面的磁化场不均匀， 容易产生误 检和漏检， 对工件表面状况要求比较高， 提离对漏磁检测信号影响非常大， 检测中， 对检测 人员和检测装置的要求较高。渗透检测速度快， 不受被检工件几何形状、 尺寸大小、 化学成 分和内部组织机构的限制， 也不受缺陷方位的限制， 但对工件表面要求高， 检测前后需要清 洗等工作， 工件表面粗糙对检测影响较大， 会使工件表面的本底颜色或荧光底色增大， 以致 掩盖了细小的分散的缺陷。 0003 相对而言， 涡流检测， 检测灵敏度高， 不需要接

13、触工件， 不需要耦合剂， 可进行高温 下的检测。在电磁涡流检测方法中， 发展了常规涡流检测方法， 脉冲涡流检测方法， 近场涡 流， 远场涡流， 多频涡流检测等方法， 目前使用的方法只适用于检测金属表面缺陷， 不适用 于检测金属材料深层的内部缺陷， 对于铁磁性材料涡流检测， 其磁导率随着激励电流形成 的外加交变磁场的变化而变化， 使其涡流信号变化不稳定， 严重干扰涡流仪器对铁磁性材 料的探伤， 需进行饱和磁化。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服现有技术之不足， 提供一种基于电磁谐振的金属材料的无 损检测方法， 是采用在涡流传感器的接收线圈上并联谐振电容， 以从被测金属工件上获取 具有相位

14、和幅度特征的衰减振荡信号， 通过对检测信号和参考信号的比较， 进而得到被测 工件有无缺陷以及缺陷的深度及大小， 不但能够实现各种常规涡流检测所能实现的缺陷检 测效果， 而且对工件的内部缺陷也能有效检出， 同时针对复杂工件表面， 都能够实现非接触 式、 高提离值下的检测。 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A2/7 页 5 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 一种基于电磁谐振的金属材料的无 损检测方法， 包括标定和实测两个过程 ： 0006 在标定过程， 它包括如下步骤 ： 0007 a. 用一个设有激励绕组线圈和接收绕组线圈的电磁感应探头贴近

15、一个标定金属 材料的无缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方 波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈 拾取标定金属材料的无缺陷部位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块 的过滤、 放大和分析后， 获得一与无缺陷特征相对应的第一阻尼振荡波形并被设为参考信 号 ； 0008 b. 用所述电磁感应探头贴近所述标定金属材料中已知缺陷大小和深度的缺陷部 位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转 换及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容

16、的接收绕组线圈拾取标定金属材 料的缺陷部位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分 析后， 获得一与已知缺陷大小和深度相关联的第二阻尼振荡波形 ； 0009 c. 由计算机处理系统对第一阻尼振荡波形和第二阻尼振荡波形进行比较， 获取第 二阻尼振荡波形与第一阻尼振荡波形之间的幅值差和相位差， 并且由计算机处理系统将所 述幅值差处理成与标定金属材料中的已知缺陷大小相对应的数据， 将所述相位差处理成与 标定金属材料中的已知缺陷深度相对应的数据 ； 0010 d. 不断地改变所述标定金属材料的已知缺陷大小的数值， 并分别经步骤 b 和步骤 c 后， 得到许多与标定金属材

17、料的不同的已知缺陷大小相对应的数据， 并由计算机处理系统 将获得的标定金属材料的不同的已知缺陷大小所一一对应的数据处理成以幅值差数据为 变量的与金属材料的缺陷大小成对应关系的函数表达关系 ； 0011 e.不断地改变标定金属材料的已知缺陷深度的数值， 并分别经步骤b和步骤c后， 得到许多与标定金属材料的不同的已知缺陷深度相对应的数据， 并由计算机处理系统将获 得的标定金属材料的不同的已知缺陷深度所一一对应的数据处理成以相位差数据为变量 的与金属材料的缺陷深度成对应关系的函数表达关系 ； 0012 在实测过程， 它包括如下步骤 ： 0013 f. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的无缺陷部位 ；

18、 用基于 FPGA 芯片的直接 数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组 线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信号 ； 该 衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的无缺陷特征 相对应的第三阻尼振荡波形并被设为参考信号 ； 0014 g. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数 字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组线 圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信号 ； 该衰 减

19、振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的缺陷相关联的 第四阻尼振荡波形 ； 0015 h. 由计算机处理系统对第三阻尼振荡波形和第四阻尼振荡波形进行比较， 得到第 四阻尼振荡波形与第三阻尼振荡波形之间的实测的幅值差和相位差， 并且由计算机处理系 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A3/7 页 6 统将该实测的幅值差和相位差分别代入以幅值差数据为变量的与金属材料的缺陷大小成 对应关系的函数表达关系和以相位差数据为变量的与金属材料的缺陷深度成对应关系的 函数表达关系中， 进而得出金属测试件是否有缺陷以及缺陷的大小和深度。 0016 所述

20、的脉冲方波信号的方波占空比为 0.01 -99.99可调， 脉冲频率设置为 10 500KHz， 电压在 1 50V 之间。 0017 所述的数字频率合成器产生脉冲方波信号对激励绕组线圈进行激励或产生正弦 波信号对激励绕组线圈进行激励。 0018 进一步的， 还包括计算机处理系统对金属测试件缺陷大小的实测幅值差和相位差 进行显示处理， 该显示处理是将幅值差和相位差的数据通过颜色、 阻抗或者 B 扫三种方式 之一将缺陷显示在屏幕上。 0019 所述的电磁感应探头是将两片谐振电容片卷成圆柱形作为内芯， 接收线圈缠绕在 内芯外面， 接收线圈与电容并联形成检测线圈， 激励绕组线圈缠绕在工业纯铁工件上，

21、 罩住 检测线圈， 其中激励线圈的绕法不局限于本发明中的绕线方式。 0020 本发明的一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 是利用脉冲信号或正弦 信号激励检测线圈， 检测被检试件， 得到谐振信号， 经过滤波和放大， 将信号展开送入频谱 分析器与脉冲信号发生器提供的参考信号进行结合， 经过傅里叶分析， 得到一系列傅里叶 级数系数的函数信号， 通过频率和幅度的变化来检测铁磁性材料是否存在缺陷及缺陷的大 小等情况。 0021 本发明是采用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 方波占 空比为 0.01 -99.99可调， 脉冲频率设置为 10 500KHz， 电压在 1 5

22、0V， 也可产生正 弦脉冲信号 ； 将脉冲方波信号输入激励线圈， 通过并联谐振电容的接收线圈得到响应谐振 信号， 并通过滤放大、 分析， 获得大幅度的衰减振荡波 ； 对所得的波形进行分析判断， 系统通 过跟参考信号的结合处理来判断是否为缺陷信号， 再从频率和幅值上判断缺陷的位置和大 小， 频率变化反应在相位变化上， 体现缺陷位置， 幅值大小体现缺陷的大小 ； 最后计算机系 统通过颜色、 阻抗或者 B 扫三种方式之一将缺陷大小等显示在屏幕上。 0022 对于检测壁厚较薄的金属材料， 激励信号采用正弦波， 检测效果较好。 0023 本发明的有益效果是， 由于采用了在检测线圈中并联谐振电容的方式来得

23、到涡流 检测的响应谐振信号， 通过对响应谐振信号进行比较分析， 以及预先进行缺陷大小与信号 幅值、 缺陷深度与信号相位的标定处理， 从而能够方便地对金属材料进行无损检测， 该电磁 谐振检测方法， 不但能够实现传统的单频涡流、 脉冲涡流等多种电磁检测所能实现的缺陷 检测效果， 而且对工件的内部缺陷也能有效检出， 同时针对复杂工件表面， 诸如工件表面有 铸造面， 凹凸不平， 附有油污、 防锈漆、 腐蚀层和其他污染物等， 都能够实现非接触式、 高提 离值下的检测。且不需要对试件进行清洗， 特别对磁性金属材料不需进行磁化和退磁等繁 琐的工序。 0024 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明 ；

24、 但本发明的一种基于电磁谐 振的金属材料的无损检测方法不局限于实施例。 附图说明 0025 图 1 是本发明的电磁谐振信号流图 ； 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A4/7 页 7 0026 图 2 是本发明的衰减振荡波形参考信号的示意图 ； 0027 图 3 是本发明的检测原理图 ； 0028 图 4 是本发明的探头的原理图 ； 0029 图 5 是本发明的探头的结构示意图 ； 0030 图 6a 是本发明的无缺陷时刻的信号波形 ( 体现幅度变化 ) 示意图 ； 0031 图 6b 是本发明的有缺陷时刻的信号波形 ( 体现幅度变化 ) 示意图 ； 0032

25、 图 7a 是本发明的无缺陷时刻的信号波形 ( 体现相位变化 ) 示意图 ； 0033 图 7b 是本发明的有缺陷时刻的信号波形 ( 体现相位变化 ) 示意图 ； 0034 图 8 是本发明的阻抗显示模式显示缺陷的示意图 ； 0035 图 9 是本发明的 B 扫显示模式显示缺陷的示意图。 具体实施方式 0036 实施例， 参见图 1 所示， 本发明的工作原理是数字模块中基于 FPGA 芯片的直接数 字频率合成器给探头提供一激励信号， 探头得到的响应信号与电容谐振， 将谐振信号送入 滤波器和放大器， 然后把信号展开并送入频谱分析器与探头提供的返回值参考信号进行对 比， 得到一些列函数信号， 送入

26、转换电路， 进行信号参数分离。 0037 本发明的一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 包括标定和实测两个过 程 ： 0038 在标定过程， 它包括如下步骤 ： 0039 步骤 a. 用一个设有激励绕组线圈和接收绕组线圈的电磁感应探头贴近一个标定 金属材料的无缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉 冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组 线圈拾取标定金属材料的无缺陷部位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理 模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与无缺陷特征相对应的第一阻尼振荡波形并被设为参

27、考信号 ； 0040 脉冲方波信号的方波占空比为 0.01 -99.99可调， 脉冲频率设置为 10 500KHz， 电压在 1 50V 之间 ； 0041 数字频率合成器产生脉冲方波信号对激励绕组线圈进行激励也可以替换为数字 频率合成器产生正弦波信号对激励绕组线圈进行激励， 比如对于检测壁厚较薄的金属材 料， 激励信号采用正弦波， 检测效果较好 ； 0042 参见图 2 所示， 通过与参考信号的比较， 就可以对谐振信号进行分析是否为缺陷 信号 ； 参考信号是在检测一样试块时， 在没有缺陷的地方进行平衡， 系统自动提取探头响应 信号的阻尼振荡波形， 并将此阻尼振荡波形设定为参考信号 ； 004

28、3 步骤 b. 用所述电磁感应探头贴近所述标定金属材料中的已知缺陷大小和深度的 缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经 数模转换及放大后加载在激励绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取标定 金属材料的缺陷部位所返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放 大和分析后， 获得一与已知缺陷大小和深度相关联的第二阻尼振荡波形 ； 0044 参见图 4 所示， 所述的电磁感应探头的工作原理是脉冲信号或者正弦信号加载至 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A5/7 页 8 激励线圈 ；

29、 接收线圈与谐振电容并联， 将检测响应信号进行谐振输出。参见图 5 所示， 电磁 感应探头是将两片谐振电容片卷成圆柱形作为内芯， 接收线圈缠绕在内心外面， 接收线圈 与电容并联形成检测线圈， 激励绕组线圈缠绕在工业纯铁工件上， 罩住检测线圈， 其中激励 线圈的绕法不局限于本图所示的绕线方式 ； 0045 步骤 c. 由计算机处理系统对第一阻尼振荡波形和第二阻尼振荡波形进行比较， 获取第二阻尼振荡波形与第一阻尼振荡波形之间的幅值差和相位差， 并且由计算机处理系 统将所述幅值差处理成与标定金属材料中的已知缺陷大小相对应的数据， 将所述相位差处 理成与标定金属材料中的已知缺陷深度相对应的数据 ； 0

30、046 步骤d.不断地改变所述标定金属材料的已知缺陷大小的数值， 并分别经步骤b和 步骤 c 后， 得到许多与标定金属材料的不同的已知缺陷大小相对应的数据， 并由计算机处 理系统将获得的标定金属材料的不同的已知缺陷大小所一一对应的数据处理成以幅值差 数据为变量的与金属材料的缺陷大小成对应关系的函数表达关系 ； 0047 步骤e.不断地改变标定金属材料的已知缺陷深度的数值， 并分别经步骤b和步骤 c 后， 得到许多与标定金属材料的不同的已知缺陷深度相对应的数据， 并由计算机处理系统 将获得的标定金属材料的不同的已知缺陷深度所一一对应的数据处理成以相位差数据为 变量的与金属材料的缺陷深度成对应关系

31、的函数表达关系 ； 0048 在实测过程， 它包括如下步骤 ： 0049 步骤 f. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的无缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的 直接数字频率合成器产生脉冲方波信号， 该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励 绕组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信 号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的无缺陷 特征相对应的第三阻尼振荡波形并被设为参考信号 ； 0050 步骤 g. 用所述电磁感应探头贴近金属测试件的缺陷部位 ； 用基于 FPGA 芯片的直 接数字频率合成器产生脉冲方波信号，

32、该脉冲方波信号经数模转换及放大后加载在激励绕 组线圈上 ； 通过并联有谐振电容的接收绕组线圈拾取该金属测试件返回的衰减振荡信号 ； 该衰减振荡信号经信号处理模块的过滤、 放大和分析后， 获得一与金属测试件的缺陷相关 联的第四阻尼振荡波形 ； 0051 步骤 h. 由计算机处理系统对第三阻尼振荡波形和第四阻尼振荡波形进行比较， 得到第四阻尼振荡波形与第三阻尼振荡波形之间的实测的幅值差和相位差， 并且由计算机 处理系统将该实测的幅值差和相位差分别代入以幅值差数据为变量的与金属材料的缺陷 大小成对应关系的函数表达关系和以相位差数据为变量的与金属材料的缺陷深度成对应 关系的函数表达关系中， 进而得出金

33、属测试件是否有缺陷以及缺陷的大小和深度。 0052 如图6所示， 金属测试件通过幅度的变化分析信号， 系统将检测信号(即第四阻尼 振荡波形 ) 与参考信号 ( 即第三阻尼振荡波形 ) 进行对比， 通过幅值与相位的变化， 确定其 有缺陷， 然后从主要变化量进行分析。 如图6， 有缺陷信号的波形与无缺陷信号的波形相比， 幅度和相位均有改变， 缺陷信号主要体现在幅度变化上， 波形的第二个周期信号是有效缺 陷信号， 与无缺陷波形比较， 可以明显看出波形的变化， 幅值的变化大小反应缺陷的大小。 0053 如图 7 所示， 检测试块通过相位的变化分析信号， 确定其有缺陷位置， 有缺陷时， 相位发生变化。如

34、图 7， 有缺陷信号的波形 ( 即第四阻尼振荡波形 ) 与无缺陷信号的波形 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A6/7 页 9 ( 即第三阻尼振荡波形 ) 比较， 幅度与相位均有改变， 主要体现在相位的变化， 观察波形的 第二个周期信号， 其相位明显前移， 说明相位增大， 有缺陷， 当相位的差值越大时， 说明缺陷 的深度越深。 0054 进一步的， 还包括计算机处理系统对金属测试件缺陷大小的实测幅值差和相位差 进行显示处理， 该显示处理是将幅值差和相位差的数据通过颜色、 阻抗或者 B 扫三种方式 之一将缺陷显示在屏幕上。 0055 本发明的系统可以将缺陷信号通

35、过颜色变化呈现在显示屏上。对图形进行分析， 可以用二维颜色显示， 缺陷信号大小与颜色成正比， 当缺陷越大， 颜色越深越红， 相当于图 6 中的信号幅度变化越大 ； 也可以用三维立体颜色变化图， 三维图较直观， 在缺陷信号处， 幅 值变化不仅体现在颜色的变深， 还体现在平面形状的变化， 在缺陷幅值变化最大的地方， 平 面点的高度越高， 可以明显看出缺陷。 0056 图 8 为阻抗信号变化， 系统检测试件， 没有缺陷时显示界面为一个略微浮动的点， 当出现缺陷时， 阻抗平面会出现类似 “8” 字形的图形， 系统直接将信号幅度的变化通过阻抗 形式显示出来， 这也是最常见的、 直观的电抗测量， 该 “8

36、” 字形为缺陷信号， 其阻抗幅值远远 大于没有缺陷时的阻抗幅值。如图 8 所示， 可以直观的看出检测的试件有三个缺陷， 阻抗信 号的幅值与缺陷大小成正比， 阻抗信号相位不一样， 这是因为缺陷信号深度位置不一样， 缺 陷越深， 相位越大。 0057 图9为B扫显示模式， 系统检测试件， 试件没有缺陷时， 显示为一条直线， 在碰到缺 陷时候， 会出现突变， 此时的突变的幅值大小体现了缺陷的大小， 从图 9 中可以明显看到缺 陷。 0058 参见图 3 所示， 本发明的一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 计算机 系统通过数字模块中基于 FPGA 芯片的直接数字频率合成器产生激励源脉冲信号，

37、激励信 号经过 DA 模块进行数模转换后放大并加载至传感器 ( 即探头 )。采用 FPGA 精确控制脉冲 信号的频率和幅度， 使信号更接近检测材料的谐振点。探头线圈采用放置式的形式 ； 激励 线圈靠近被测工件， 接收线圈得到响应信号， 与电容并联将响应信号谐振放大。 由于传感器 包括激励线圈与接收线圈， 因此接收器上夹杂着激励信号、 谐振信号和缺陷信号， 需要对信 号进行提取、 抑制和滤波。利用 FPGA 对信号进行分段拾取， 在经过专用仪用放大器对信号 进行积分， 程控放大器实现对信号的实时增益控制、 运算放大器对信号进行多阶滤波， 并用 差动放大器消除信号的差模干扰。信号处理后进行模数转换

38、， 并与参考的信号相比较送至 DSP 进行速傅里叶变换， 随后依次经过多阶高速可调带通滤波、 抽取、 压缩和编码等处理， 最 终通过计算机系统以实时阻抗图和时基图显示到显示屏幕上。 系统在信号分析时自动提取 有效地缺陷信号， 通过相位、 幅度的变化， 将缺陷的位置及大小显示给用户。 0059 本发明的一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法， 分析缺陷时从幅度和相 位两方面入手， 同样深度的缺陷， 相位一样 ； 同大小的缺陷， 在不同深度地方相位不一样， 相 位越大， 缺陷位置越深， 且幅度大小越深的地方越小。缺陷的大小、 深度值的大小与我们的 标定有关， 根据材料及各种特征， 因为不同材料的

39、缺陷大小幅值相位均不一样。 我们在检测 前对缺陷大小进行标定， 通过幅值及相位进行标定， 标定多大相位变化值为多深的缺陷， 多 大幅值变化值为多大的缺陷宽度， 标定完后系统检测时根据标定的相位、 幅值曲线来测量 判断缺陷的深度及大小。 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A7/7 页 10 0060 以下提供本发明的二个具体实施例 ： 0061 具体实施例 1 ： 0062 (1)、 检测裂纹宽度为 0.5mm， 深度为 0.5mm， 1mm， 2mm 标准涡流检测裂纹试样 ； 0063 (2)、 传感器探头以 1m/s 速度扫过裂纹， 提离高度为 1.0mm

40、； 0064 (3)、 获得检测数据表如下所示 ： 0065 0066 具体实施例 2 ： 0067 (1) 检测裂纹宽度为 0.5mm、 0.8mm、 1.2mm、 1.5mm， 长度为 150mm 铁试块凹槽处裂 纹 ； 试块表面有锈斑， 较为粗糙 ； 0068 (2) 传感器探头以 2.0m/s 速度扫过裂纹， 提离高度为 1.0mm ； 0069 (3) 获得检测数据表所示 ： 0070 0071 上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于电磁谐振的金属材料的无损检 测方法， 但本发明并不局限于实施例， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的 任何简单修改、 等同变化与修饰， 均落入本发明技术方案的保护范围内。 说 明 书 CN 102230914 A CN 102230916 A1/4 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102230914 A CN 102230916 A2/4 页 12 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102230914 A CN 102230916 A3/4 页 13 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102230914 A CN 102230916 A4/4 页 14 图 9 说 明 书 附 图 CN 102230914 A