基于DSP的電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

1 前言

初始磁導(dǎo)率法是基于電磁無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)鋼鐵材質(zhì)，因其非破壞性、簡(jiǎn)便、快速及可實(shí)現(xiàn)100%逐件檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在下業(yè)上得到)’泛的應(yīng)用。該方法主要通過(guò)測(cè)m:從時(shí)域的模擬信寫(xiě)提取最能體現(xiàn)初始磁導(dǎo)率變化的某一段信寫(xiě)的幅伯或相位大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)材質(zhì)分選和缺陷的檢測(cè)。這種鋼鐵電磁無(wú)損檢測(cè)儀已經(jīng)在全國(guó)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(cè)過(guò)程中，仍然有缺陷信寫(xiě)淹沒(méi)在噪聲信寫(xiě)中導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)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(yīng)用于電磁無(wú)損檢測(cè)中，JI=與傳統(tǒng)電磁無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行了比較，初步收到了較好的效果。

2檢測(cè)原理

試驗(yàn)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(cè)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(shù)字信寫(xiě)處J}.器進(jìn)行數(shù)字信寫(xiě)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(wú)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(wú)裂紋與初始磁導(dǎo)率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可判斷出鋼鐵件有無(wú)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(chǎng)H,, 0當(dāng)被測(cè)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(lái)的交變磁場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)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(dǎo)率。

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

式(1)、式(2)中:

P 一激磁頻率;

D一測(cè)m:線圈的自徑:

r‘一測(cè)m:線圈的匝數(shù):

H一下件的有效磁導(dǎo)率;

E-下件的相對(duì)磁導(dǎo)率;

H,一磁化線圈中的激磁場(chǎng)強(qiáng)度。

由上兩式可知，測(cè)m:線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(duì)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(wú)損檢測(cè)，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(dòng)勢(shì)主要只與初始磁導(dǎo)率有關(guān)。這在研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中已得到證實(shí)。

可見(jiàn)，只要測(cè)出測(cè)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(xiě)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(duì)電流、電壓進(jìn)行諧波分析，設(shè)輸入信號(hào)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(duì)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(hào)處理方法來(lái)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(duì)主要模塊的功能說(shuō)明如下:

(1)DSP系統(tǒng)包括CPU CTMS320LF2407}、兩塊存儲(chǔ)器C1S61LV6416-15TH、電源模塊CTPS7670D318}、鎖相環(huán)等。其主要功能是對(duì)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(xiě)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(xiě)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(xiě)放大和實(shí)現(xiàn)硬件的低通濾波等，完成信寫(xiě)的預(yù)處理。

(3)信寫(xiě)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(xiě)調(diào)理成適合DSP的AD模塊輸入所能接受的信寫(xiě)。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)所用的試樣來(lái)自某廠家從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)選出來(lái)的急冷鑄鐵挺桿。試樣自徑17 mm，長(zhǎng)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(guò)數(shù)宇信寫(xiě)處理測(cè)試的結(jié)果。圖4是經(jīng)過(guò)數(shù)宇信寫(xiě)處理過(guò)的測(cè)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(lái)的，對(duì)于鑄鐵挺桿內(nèi)部的裂紋用肉眼是無(wú)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(duì)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(duì)40Cr拉桿也進(jìn)行了測(cè)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(wú)損檢測(cè)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(xiě)，使檢測(cè)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。