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基于DSP的电磁无损检测技术
1 前言
初始磁导率法是基于电磁无损检测方法检测钢铁材质, 因其非破坏性、 简便、 快速及可实现100%逐件检测等优点, 在下业上得到)’泛的应用。该方法主要经过测m:从时域的模拟信写提取最能体现初始磁导率变化的某一段信写的幅伯或相位大小, 来实现材质分选和缺陷的检测。这种钢铁电磁无损检测仪已经在全国众多厂矿企业得到)’泛的应用但在某此比较特殊材质下件的检测过程中, 依然有缺陷信写淹没在噪声信写中导致检测结果不理想的情况。木文探索了一种新的信写处理方法来解决在实际中遇到的具体问题, 肖次将DSP
2、技术应用于电磁无损检测中, JI=与传统电磁无损检测方法进行了比较, 初步收到了较好的效果。
2检测原理
试验装置是经过从传感器的输出信写中提取能够反映被测下件特征的信写, 经过BU置模拟信写处理后送入数字信写处J}.器进行数字信写处理。
2.1初始磁导率法原J
电磁感应法的根抓是钢铁下件有无裂纹自接导致了下件的初始磁导率的不同, 因此只要能找到钢铁下件有无裂纹与初始磁导率之间的对应关系, 即可判断出钢铁件有无裂纹。此方法也可应用于钢铁硬度、 铝合金的硬度和裂纹的分选3。
如图1所示, 当一空心的磁化线圈中通以交流激磁电流后, 线圈内就产生一轴向的交变磁场H,, 0当被测铁磁性钢铁件
3、放入线圈中, 在H,的作用卜, 钢铁件被交变磁化, 从而大大增强了原来的交变磁场强度H,, 0但同时, 由于棒状钢铁件的退磁场和钢铁件中感应出的涡流产生的附加交变磁场, 两者之和为H, 用来削弱原外加磁场H,, 0因此为处理问题方便, 引入新的概念, 即有效磁导率。
这样, 用一测m:线圈同轴绕制于磁化线圈上时, 必在测m:线圈中产生一感应电动势E}其大小为
式(1)、 式(2)中:
P 一激磁频率;
D一测m:线圈的自径:
r‘一测m:线圈的匝数:
H一下件的有效磁导率;
E-下件的相对磁导率;
H,一磁化线圈中的激磁场强度。
4、
由上两式可知, 测m:线圈中的感应电动势E在f ,D,ra,鱿等为定伯时, 其改变m:的大小只与钢铁件的相对初始磁导率和有效磁导率有关。由于初始磁导率法适用于批m:生产钢铁件的100%无损检测, 因此钢铁件的规格尺寸能够认为是一样的, 因此感应电动势主要只与初始磁导率有关。这在研究和现场应用中已得到证实。
可见, 只要测出测m:感应线圈的电压或电流, 便可知道初始磁导率的大小。
2.2数字信写处理
木试验中, 利用离散傅里叶算法”」有较强的滤波功能, 对电流、 电压进行谐波分析, 设输入信号为
经傅里叶分析后得
其中, K,,K,分别为正弦和余弦分m
5、补偿系数。其计算公式为
其中, N为采样点数
当一个周期的AD采样完成后, 实时计算出:的伯, 然后在傅里叶分析完成后对正弦余弦分m:进行补偿。采用快速傅里叶变换(FFT)的数字信号处理方法来实现滤波的功能。
3试验的设计
本试验主要由7个功能模块组成, 如图2所示。
对主要模块的功能说明如下:
(1)DSP系统包括CPU CTMS320LF2407}、 两块存储器C1S61LV6416-15TH、 电源模块CTPS7670D318}、 锁相环等。其主要功能是对采集的数抓进行处理, 完成计算等;LF2407A是3.3 V供电的低功耗数宇信写处理芯片
6、木试验采用DSP片内AD模块, -, 'y省了制造成木和减小了系统的体积。
(2)信写预处J:}.模块包括放大电路、 MAX274集成滤波器, 主要功能是信写放大和实现硬件的低通滤波等, 完成信写的预处理。
(3)信写调理模块山电平转换调'y电路等组成, 其主要功能是将大的电信写调理成适合DSP的AD模块输入所能接受的信写。
4试验结果与分析
试验所用的试样来自某厂家从生产现场选出来的急冷铸铁挺杆。试样自径17 mm, 长33 mm}共30个, 厂家用肉眼分出15个裂纹件, 巧个非裂纹件。其中一个非裂纹件作为参考试样。木文把裂纹件称为小合格试样, 非裂纹件称为合格试样。
图3是未经
7、过数宇信写处理测试的结果。图4是经过数宇信写处理过的测试结果。山于这邺试样的合格与否, 是用肉眼观察分选出来的, 对于铸铁挺杆内部的裂纹用肉眼是无法观察到的, 因此肉眼认为合格的试样, 极有可能内部存在裂纹;对于混在合格试样中的小合格试样是裂纹还是划琅, 还有待于进一步的研究。因此, 经过分析, 经过比较图3和图4, 提取的特征信写经过DSP处理过的明撤要比未经过DSP处理过的效果要好。另外, 对40Cr拉杆也进行了测试和比较, 收到了和铸铁挺杆是一样的效果。
5结论
试验结果表明, 与传统的无损检测方法相比, 采用以TMS320LF2407A处理器为核心的DSP系统, 利用离散傅里叶算法具有较强的滤波功能, 史能准确地提取特征信写, 使检测精度有所提高。虽然木试验方法收到了较好的效果, 但能否使该系统的优越性得到史充分的体现, 还有待进一步的研究。
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