基于DSP技术的电磁无损检测仪的研究

　　初始磁导率法是基于电磁无损检测方法检测金属材质,以其非破坏性、简便、快速及可实现100%逐件检测等优点,在工业上得到广泛的应用。该方法主要通过测量从时域的模拟信号提取最能体现初始磁导率变化的某一段信号的幅值或相位大小,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家厂矿企业得到了广泛的应用[1,2]。但在某些比较特殊材质工件的实际检测过程中,仍然有一些缺陷信号淹没在噪声信号中而导致检测结果不够理想的情况。本文阐述了一种新的信号处理方法即DSP技术来解决在实际中遇到的这类问题,首次将DSP技术应用于电磁无损检测中,并与传统电磁无损检测方法进行了比较,收到了较好的效果。

　　1　检测原理

　　由于工件本身内部结构,材质等客观原因,使得几乎所有工件的初始幅值磁导率都不相同,我们正是利用这一原理把工件本身的特征信号转化成电信号,通过模拟模块把信号采集出来,再送到DSP芯片进行分析处理。

　　1.1　信号采集原理

　　初始幅值磁导率法检测的原理如图1所示[3],当一个空心的磁化线圈中通以交流激磁电流之后,线圈内产生一个轴向的磁场强度Ha。被测的铁磁性工件放入该线圈时,在交变磁场的作用下钢铁件被交变磁化,从而大大增加原来的磁场强度Ha。但同时由于非无限长的工件的退磁场强度和钢铁件中产生的涡流产生的附加交变磁场,两者之和为Hs总是削弱原外加磁场Ha。因此,为了处理方便引入了有效磁导率μeff。这样,用一组测量线圈同轴绕制于激磁线圈上时,必在测量线圈上产生一个感应电动势E。

　　其大小为:

　　式中　f—激磁频率,单位赫兹

　　D—测量线圈的直径,单位米

　　n—测量线圈的匝数

　　μr—工件的相对磁导率

　　μeff—工件的有效磁导率

　　Ha—磁化线圈中的激磁场强度

　　由式(1)、式(2)可知,测量线圈中的感应电动势E在f、D、n、Hp等为定值时,其改变量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量生产钢铁件的100%无损检测,因此钢铁件的规格尺寸可以认为是一样的,所以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,初始幅值磁导率的大小与感应线圈的电压或电流有着密切的关系。

　　1.2　DSP数据处理器的特点

　　DSP系统包含CPU(TMS320LF2407A)、两块存储器( IS61LV6416 - 15T )、电源模块(TPS7670D318)、锁相环等。其主要功能是对采集的数据进行处理,完成计算等;LF2407A是3.3V供电的低功耗数字信号处理芯片。DSP具有以下特点[4]: