專利名稱：磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
超聲導(dǎo)波技術(shù)具有單點(diǎn)激勵(lì)，可以檢測(cè)一段距離的優(yōu)點(diǎn)，近年來受到了廣泛關(guān)注， 而非接觸式磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)由于可以實(shí)現(xiàn)大提離條件下的檢測(cè)及接觸式磁致伸縮導(dǎo)波 技術(shù)耦合效率高等優(yōu)點(diǎn)，而在工業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。申請(qǐng)?zhí)?6193606. 1的發(fā)明專利申 請(qǐng)公開了一種利用磁致伸縮傳感器的管道和管子無損檢驗(yàn)方法(
公開日為2003年6月18 日)，其中對(duì)磁致伸縮傳感器的激勵(lì)單元(發(fā)射器)和接收單元(接收器)進(jìn)行了介紹。申 請(qǐng)?zhí)?00710053208. X的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種磁致伸縮導(dǎo)波無損檢測(cè)方法(
公開日為 2008年2月20日)，該發(fā)明對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理的方法，實(shí)現(xiàn)了原本無法檢測(cè)的小缺陷檢 測(cè)，提高了檢測(cè)精度。申請(qǐng)?zhí)朥S6917196B2的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種管道和管子扭轉(zhuǎn)波 激勵(lì)和檢測(cè)方法及設(shè)備(
公開日為2005年7月12日)，其中對(duì)接觸式磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波傳 感器進(jìn)行了介紹，傳感器由線圈和磁致伸縮帶組成。上述技術(shù)利用磁致伸縮效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè) 時(shí)，在構(gòu)件中激勵(lì)出的導(dǎo)波都是雙向傳播的，如果在接收信號(hào)中存在異常波形，對(duì)應(yīng)位置不 是唯一的，同時(shí)由于雙向信號(hào)的疊加也增加了檢測(cè)信號(hào)分析的難度，從而影響到最終的檢 測(cè)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法，目的在于克服雙向傳播時(shí)波形對(duì)
應(yīng)位置不唯一，以及由于雙向信號(hào)的疊加增加檢測(cè)信號(hào)分析難度的不足，通過在構(gòu)件中單
方向磁致伸縮導(dǎo)波的激勵(lì)和接收，提高對(duì)缺陷的檢測(cè)精度。
—種磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法，包括以下步驟 (1)依據(jù)被測(cè)構(gòu)件的磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)特定頻率確定激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)； (2)將兩個(gè)同型號(hào)的激勵(lì)傳感器和兩個(gè)同型號(hào)的接收傳感器安裝在被測(cè)構(gòu)件上，
兩激勵(lì)傳感器的中心間距和兩接收傳感器的中心間距均為1/4激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)； (3)將兩激勵(lì)信號(hào)分別輸入兩激勵(lì)傳感器，兩激勵(lì)信號(hào)的頻率與上述導(dǎo)波檢測(cè)特
定頻率相同且相差1/4周期，從而在待測(cè)構(gòu)件中激勵(lì)出單向傳播的導(dǎo)波，兩接收傳感器分
別接收導(dǎo)波信號(hào)，選擇將其中一個(gè)接收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)延時(shí)1/4周期后與另一個(gè)接
收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)相減，最終得到與激勵(lì)產(chǎn)生的單向?qū)Рㄍ虻臋z測(cè)信號(hào)。 所述兩個(gè)同型號(hào)激勵(lì)傳感器和兩個(gè)同型號(hào)接收傳感器采用兩個(gè)同型號(hào)的雙工傳
感器實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在由于利用單一磁致伸縮導(dǎo)波激勵(lì)傳感器在構(gòu)件中激勵(lì) 出的導(dǎo)波是雙向傳播的，導(dǎo)致根據(jù)接收傳感器獲得的檢測(cè)信號(hào)無法唯一確定缺陷的位置。 本發(fā)明基于信號(hào)疊加原理，利用雙磁致伸縮導(dǎo)波激勵(lì)傳感器和雙接收傳感器，實(shí)現(xiàn)在構(gòu)件 中單方向磁致伸縮導(dǎo)波的激勵(lì)和接收。本發(fā)明利用雙磁致伸縮激勵(lì)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，疊加后的激勵(lì)信號(hào)幅值加倍，從而提高了激勵(lì)能量，也提高了信噪比；同時(shí)，本發(fā)明利用雙磁致伸縮接收傳感器進(jìn)行接收，接收到的兩個(gè)導(dǎo)波信號(hào)通過信號(hào)疊加處理能進(jìn)一步提高信噪比，因而提高了缺陷的檢測(cè)精度。本發(fā)明不僅可以用于基于磁致伸縮效應(yīng)的接觸式和非接觸式導(dǎo)波檢測(cè)，還可以用于電磁超聲檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明檢測(cè)原理圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)例的激勵(lì)傳感器和接收傳感器在鋼管上的安裝示意圖； 圖3是現(xiàn)有的單一激勵(lì)傳感器和單一接收傳感器的激勵(lì)信號(hào)示意圖和檢測(cè)信號(hào)
波形圖； 圖4是導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩激勵(lì)傳感器的激勵(lì)信號(hào)示意圖； 圖5是導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器接收到的導(dǎo)波信號(hào)波形圖； 圖6是導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的檢測(cè)信號(hào)波形圖； 圖7是導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩激勵(lì)傳感器的激勵(lì)信號(hào)示意圖； 圖8是導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器接收到的導(dǎo)波信號(hào)波形圖； 圖9是導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的檢測(cè)信號(hào)波形圖； 圖10是激勵(lì)傳感器和接收傳感器另一種布置示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。 如圖1所示，磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)原理包括以下步驟根據(jù)被測(cè)構(gòu)件磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)的特定頻率確定激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)；將兩個(gè)同型號(hào)激勵(lì)傳感器A1、A2和兩個(gè)同型號(hào)接收傳感器Rl、 R2安裝在被測(cè)構(gòu)件上，兩激勵(lì)傳感器和兩接收傳感器中心均相距1/4激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)。將激勵(lì)信號(hào)Sl超前激勵(lì)信號(hào)S21/4周期分別輸入到A1、A2，在構(gòu)件中激勵(lì)出僅向左傳播的導(dǎo)波，兩個(gè)接收傳感器R1、R2接收到的信號(hào)為M1、M2，M1延時(shí)1/4周期與M2相減，得到向左傳播的檢測(cè)信號(hào)；將激勵(lì)信號(hào)S3落后激勵(lì)信號(hào)S41/4周期分別輸入到A1、A2，在構(gòu)件中激勵(lì)出僅向右傳播的導(dǎo)波，兩個(gè)接收傳感器Rl、 R2接收到的信號(hào)為M3、 M4， M4延時(shí)1/4周期與M3相減，得到向右傳播的檢測(cè)信號(hào)。
以下提供一個(gè)實(shí)施例。 待測(cè)構(gòu)件為長(zhǎng)3035mm、內(nèi)徑為32mm、外徑為38mm的鋼管，激勵(lì)傳感器和接收傳感器在鋼管上的安裝示意圖如圖2所示。為便于計(jì)算和安裝傳感器，使用波長(zhǎng)為40mm的135KHz作為鋼管磁致伸縮導(dǎo)波的激勵(lì)頻率。 為了與本發(fā)明作比較，圖3示出了單一激勵(lì)傳感器和單一接收傳感器時(shí)的激勵(lì)信號(hào)示意圖和檢測(cè)信號(hào)。將單一激勵(lì)傳感器和單一接收傳感器安裝在鋼管上之后，利用計(jì)算機(jī)激勵(lì)出2個(gè)周期的正弦脈沖信號(hào)，通過磁致伸縮效應(yīng)在鋼管中產(chǎn)生導(dǎo)波，接收傳感器利用逆磁致伸縮效應(yīng)將導(dǎo)波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理后得到檢測(cè)信號(hào)。圖3中標(biāo)識(shí)為單一激勵(lì)傳感器激勵(lì)信號(hào)S，單一接收傳感器檢測(cè)信號(hào)M。檢測(cè)信號(hào)M中的標(biāo)識(shí)為通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P，通過接收傳感器的信號(hào)Ql，第一次左端部回波信號(hào)Q2，第一次右端部回波信號(hào)Q3，第二次右端部回波信號(hào)Q4。圖3中噪聲峰峰值為0. 07V， Ql、 Q2、 Q3、 Q4信號(hào)峰峰值分別為1. 294V、1. 181V、1. 130V、1. 046V， Ql、 Q2、 Q3、 Q4信號(hào)/噪聲峰峰值比值分別為18. 5、16. 9、16. 1、14. 9。 在本發(fā)明實(shí)例中，首先根據(jù)激勵(lì)頻率135KHz確定波長(zhǎng)為40mm ;再將如圖1中所述的兩個(gè)同型號(hào)的激勵(lì)傳感器A1、A2安裝在鋼管上，激勵(lì)傳感器A1、A2中心相距10mm即1/4波長(zhǎng)；將兩個(gè)同型號(hào)的接收傳感器R1、 R2安裝在鋼管上，兩個(gè)接收傳感器R1、 R2中心相距10mm即1/4波長(zhǎng)。 圖4所示為導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩激勵(lì)傳感器的激勵(lì)信號(hào)示意圖。利用計(jì)算機(jī)分別在Al、 A2中激勵(lì)出2個(gè)周期的正弦脈沖信號(hào)Sl、 S2，利用脈沖信號(hào)發(fā)生器設(shè)定SI超前S21.85us即1/4周期，在鋼管中激勵(lì)出僅向左傳播的導(dǎo)波。 圖5所示為導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器接收到的導(dǎo)波信號(hào)。圖5中標(biāo)識(shí)為接收傳感器R1接收到的導(dǎo)波信號(hào)M1，接收傳感器R2接收到的導(dǎo)波信號(hào)M2。導(dǎo)波信號(hào)M1中標(biāo)識(shí)為通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P1，導(dǎo)波向左傳播時(shí)第一次左端部回波信號(hào)E1，導(dǎo)波向左傳播時(shí)第一次右端部回波信號(hào)Fl ;導(dǎo)波信號(hào)M2中標(biāo)識(shí)為通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P2，導(dǎo)波向左傳播時(shí)第一次左端部回波信號(hào)E2，導(dǎo)波向左傳播時(shí)第一次右端部回波信號(hào)F2。圖5中噪聲峰峰值0. 077V， El、 Fl信號(hào)峰峰值分別為2. 45V、2. 082V， E2、 F2信號(hào)峰峰值分別為2. 336V、2. 071V，E1信號(hào)/噪聲峰峰值比值為31. 8，是圖3中Q2信號(hào)/噪聲峰峰值比值16. 9的1. 9倍，即控制導(dǎo)波向左傳播時(shí)第一次左端部回波信噪比提高了 0. 9倍；F1信號(hào)/噪聲峰峰值比值為27，是圖3中Q4信號(hào)/噪聲峰峰值比值14. 9的1. 8倍，即控制導(dǎo)波向左傳播時(shí)右端部回波信噪比提高了 0. 8倍。 圖6所示為導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的檢測(cè)信號(hào)。將導(dǎo)波信號(hào)M1延時(shí)1.85us即1/4周期與導(dǎo)波信號(hào)M2相減，最終得到與激勵(lì)出的導(dǎo)波同向的檢測(cè)信號(hào)。圖6中標(biāo)識(shí)為導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器處理后通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P12，導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器處理后第一次右端部回波信號(hào)F12。圖6中噪聲峰峰值0. 08V， F12信號(hào)峰峰值4. 115V。 F12信號(hào)/噪聲峰峰值比值為51. 4，是圖5中Fl信號(hào)/噪聲峰峰值比值27的1. 9倍，即接收傳感器處理得到的右端部回波信噪比提高了 0. 9倍；是圖3中Q4信號(hào)/噪聲峰峰值比值14. 9的3. 4倍，即控制導(dǎo)波向左傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的右端部回波信噪比提高了 2.4倍。 圖7所示為導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩激勵(lì)傳感器的激勵(lì)信號(hào)示意圖。利用計(jì)算機(jī)分別在Al、 A2中激勵(lì)出2個(gè)周期的正弦脈沖信號(hào)S3、 S4，利用脈沖信號(hào)發(fā)生器設(shè)定S3落后S41.85us即1/4周期，在鋼管中激勵(lì)出僅向右傳播的導(dǎo)波。 圖8所示為導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器接收到的導(dǎo)波信號(hào)。圖8中標(biāo)識(shí)為接收傳感器R1接收到的導(dǎo)波信號(hào)M3，接收傳感器R2接收到的導(dǎo)波信號(hào)M4。導(dǎo)波信號(hào)M3中標(biāo)識(shí)為通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P3，導(dǎo)波向右傳播時(shí)通過接收傳感器的信號(hào)E3，導(dǎo)波向右傳播時(shí)第一次右端部回波信號(hào)F3 ;導(dǎo)波信號(hào)M4中標(biāo)識(shí)為通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P4，導(dǎo)波向右傳播時(shí)通過接收傳感器的信號(hào)E4，導(dǎo)波向右傳播時(shí)第一次右端部回波信號(hào)F4。圖8中噪聲峰峰值0. 077V， E3、F3信號(hào)峰峰值分別為2. 471V、2. 291V， E4、F4信號(hào)峰峰值分別為2. 544V、2. 316V，E3信號(hào)/噪聲峰峰值比值為33，是圖3中Ql信號(hào)/噪聲峰峰值比值18. 5的1. 8倍，即控制導(dǎo)波向右傳播時(shí)通過接收傳感器信號(hào)的信噪比提高了 0. 8倍；F4信號(hào)/噪聲峰峰值比值為30，是圖3中Q3信號(hào)/噪聲峰峰值比值16. 1的1. 8倍，即控制導(dǎo)波向右傳播時(shí)右端部回波信噪比提高了 0. 8倍。 圖9所示為導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的檢測(cè)信號(hào)。將導(dǎo)波信號(hào)M4延時(shí)1.85us即1/4周期與導(dǎo)波M3相減，最終得到與激勵(lì)出的導(dǎo)波同向的檢測(cè)信號(hào)。圖9中標(biāo)識(shí)為導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器處理后通過空氣耦合電磁脈沖信號(hào)P34，導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器處理后通過接收傳感器的信號(hào)E34。圖9中噪聲峰峰值0. 08V，E34信號(hào)峰峰值4. 988V。 E34信號(hào)/噪聲峰峰值比值為62. 3，是圖8中E3信號(hào)/噪聲峰峰值比值33的1. 9倍，即接收傳感器處理得到的通過信號(hào)信噪比提高了 0. 9倍；是圖3中Ql信號(hào)/噪聲峰峰值比值18. 5的3. 4倍，即控制導(dǎo)波向右傳播時(shí)兩接收傳感器處理得到的通過信號(hào)信噪比提高了2.4倍。 激勵(lì)傳感器和接收傳感器的位置可以調(diào)整，不局限于圖1示例，圖10示出了兩激勵(lì)傳感器和兩接收傳感器另一種布置示意圖。兩激勵(lì)傳感器和兩接收傳感器中心間距均為1/4激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)。將兩激勵(lì)信號(hào)輸入激勵(lì)傳感器Al、 A2，且輸入Al的激勵(lì)信號(hào)超前輸入A2的激勵(lì)信號(hào)1/4激勵(lì)信號(hào)周期，在構(gòu)件中激勵(lì)出僅向左傳播的導(dǎo)波，將接收傳感器R2接收的導(dǎo)波信號(hào)延時(shí)1/4激勵(lì)信號(hào)周期與接收傳感器Rl接收的導(dǎo)波信號(hào)相減，最終得到向左的檢測(cè)信號(hào)；將兩激勵(lì)信號(hào)輸入激勵(lì)傳感器A1、A2，且輸入A1的激勵(lì)信號(hào)落后輸入A2的激勵(lì)信號(hào)1/4激勵(lì)信號(hào)周期，在構(gòu)件中激勵(lì)出僅向右傳播的導(dǎo)波時(shí)，將接收傳感器R1接收的導(dǎo)波信號(hào)延時(shí)1/4激勵(lì)信號(hào)周期與接收傳感器R2接收的導(dǎo)波信號(hào)相減，最終也得到向右的檢測(cè)信號(hào)。 雙工傳感器擁有激勵(lì)、接收傳感器二者的功能，既可以激勵(lì)，同時(shí)也能接收。兩個(gè)同型號(hào)激勵(lì)傳感器和兩個(gè)同型號(hào)接收傳感器可以采用兩個(gè)同型號(hào)的雙工傳感器實(shí)現(xiàn)。
實(shí)際檢測(cè)中，可根據(jù)缺陷相對(duì)傳感器的大致方位控制在待測(cè)構(gòu)件中激勵(lì)出向左或向右傳播的導(dǎo)波，如果無法判斷缺陷相對(duì)傳感器的大致方位，則可以分別控制在待測(cè)構(gòu)件中激勵(lì)出向左和向右傳播的導(dǎo)波即可。
權(quán)利要求
磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法，包括以下步驟(1)根據(jù)被測(cè)構(gòu)件磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)的特定頻率確定激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)；(2)將兩個(gè)同型號(hào)的激勵(lì)傳感器和兩個(gè)同型號(hào)的接收傳感器安裝在被測(cè)構(gòu)件上，兩激勵(lì)傳感器的中心間距和兩接收傳感器的中心間距均為1/4激勵(lì)信號(hào)波長(zhǎng)；(3)將兩激勵(lì)信號(hào)分別輸入兩激勵(lì)傳感器，兩激勵(lì)信號(hào)的頻率與上述導(dǎo)波檢測(cè)特定頻率相同且相差1/4周期，從而在待測(cè)構(gòu)件中激勵(lì)出單向傳播的導(dǎo)波，兩接收傳感器分別接收導(dǎo)波信號(hào)，選擇將其中一個(gè)接收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)延時(shí)1/4周期后與另一個(gè)接收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)相減，最終得到與激勵(lì)產(chǎn)生的單向?qū)Рㄍ虻臋z測(cè)信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，兩個(gè)同型號(hào)激勵(lì)傳感器和兩個(gè)同型號(hào)接收傳感器采 用兩個(gè)同型號(hào)的雙工傳感器實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
磁致伸縮導(dǎo)波單方向檢測(cè)方法，屬于無損檢測(cè)領(lǐng)域。該方法將兩激勵(lì)信號(hào)分別輸入兩激勵(lì)傳感器，在待測(cè)構(gòu)件中激勵(lì)出單向傳播的導(dǎo)波，兩接收傳感器分別接收導(dǎo)波信號(hào)，選擇將其中一個(gè)接收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)延時(shí)處理后與另一個(gè)接收傳感器接收的導(dǎo)波信號(hào)相減，最終得到與導(dǎo)波同向的檢測(cè)信號(hào)。本發(fā)明利用雙磁致伸縮激勵(lì)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，疊加后的激勵(lì)信號(hào)幅值加倍，從而提高了激勵(lì)能量，也提高了信噪比；同時(shí)，本發(fā)明利用雙磁致伸縮接收傳感器進(jìn)行接收，接收到的兩個(gè)導(dǎo)波信號(hào)通過信號(hào)疊加處理能進(jìn)一步提高信噪比，提高了缺陷的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01N29/04GK101710103SQ20091027292
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者徐江, 武新軍, 湯歡 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)