独立分量分析在交变磁场测量信号处理中的应用

    0　引言

    交变磁场测量技术(ACFM-Alternating Cur-rent Field Measurement)是一种能定量测量金属表面裂纹的电磁无损检测技术。近些年来,随着传感器技术的发展和加工工艺的提高,阵列式传感器交变磁场测量 技术由于具有大面积扫描和同时检测多个方向缺陷的优点,正日益得到人们的关注和研究。但阵列式传感器的检测信号往往非常微弱,除了被检对象的缺陷产生信号 外,各种随机干扰也混同在检测信号中。这些干扰信号会扭曲检测信号,甚至湮没检测信号导致降低检测结果准确度。通常采用模拟信号处理办法来消除噪声等干 扰,但针对每个传感器各自不同的输出,及对干扰滤除的高要求,这无疑增加了硬件电路设计的难度。独立分量分析(ICA- Independent Component Analysis)可以根据信号的统计规律,将混合信号进行有效分离,得到原混合信号的组成[1]。本文提出独立分量分析法对阵列式交变磁场检测信号进行 分析处理,能有效的去除干扰,准确获取缺陷信息。实验结果表明,该方法能有效提取有用缺陷信号。

    1　阵列式交变磁场测量技术

    交变磁场测量技术是新发展起来的一种电磁无损检测技术[2,3]。它利用电磁感应原理在被测试件表面产生均匀的电流场,研究感生磁场变化和缺陷的相互关 系,完成对缺陷的检测和判断。传统交变磁场测量技术采用单个激励线圈在试件表面感应均匀电流场,当无缺陷存在时,电流不会受到扰动。如果出现缺陷,电流受 到扰动将使被测试件表面上方的磁场发生变化,用检测线圈对扰动信号进行提取,可以获取缺陷的特征参量信息。ACFM检测金属表面状况,是将金属上表面磁场 的磁通密度B值分解为三个分量以分析它们和裂纹几何尺寸之间的关系。研究表明,反映缺陷长度的是与被测金属表面垂直的扰动场的法向分量Bz。没有缺陷 时,Bz为一均匀场;有缺陷存在时Bz将在缺陷始端、末端出现两个极值点,由此可以完成对缺陷长度的识别。

    阵列式交变磁场测量技术是将多个检测线圈按特定的结构圈密集排布构成阵列,各个线圈同时对磁场信号进行测量,产生多通道的检测信号。与传统方式相比,不仅 提高了检测速度和检测灵敏度,而且可以实现任意角度的扫描,减少了对操作人员经验上的依赖[4]。但另一方面阵列传感器中的各个传感器信息彼此影响,也给 检测结果的正确评估带来困难。因此,从阵列传感器的多个响应信号中提取出缺陷信号是体现阵列传感器的关键所在。

    阵列传感器的检测信号中往往包含了激励场信号、缺陷扰动场信号、噪声和其他的一些干扰。在一定条件下可以认为这些信号是彼此独立的,信号之间是叠加的关 系。这些特点正好符合独立分量分析技术应用的要求。因而,可以借助独立分量分析技术从阵列信号中分离出目标信号,即缺陷扰动场的信号,达到阵列信号处理的 目的。