基于位置交叉点的脉冲涡流缺陷定量检测技术

传统的脉冲涡流腐蚀定量检测主要提取感应信号过零时间和峰值这两个特征量来实现的[1,2]。但该方法存在以下缺点:一是要获得感应信号准确的过零时间和峰值,需要在缺陷区域及附近仔细扫描,检测时间较长;二是传感器在腐蚀缺陷区域的不同位置扫描时,感应信号会出现振荡[3],因而过零时间和峰值的提取变得非常复杂而且极易出现偏差,最终严重影响检测的效果。

笔者提出了一种新的特征量———位置交叉点,可不需要提取过零时间及峰值,就能对腐蚀缺陷进行定量检测。该方法通过扫描大致确定的缺陷区域后,在缺陷区域任取不同位置,对感应信号进行采集,得到感应信号波形曲线的交叉点及该点的时间值,即可对腐蚀缺陷深度进行定量检测,从而消除了传感器扫描时出现的振荡信号的影响。试验证明,该特征量稳定可靠,不受缺陷形状影响,检测精度较高。

1　检测原理

脉冲涡流检测法的激励电流通常为具有一定占空比的方波。施加在探头上的激励方波会感应出脉冲涡流,在被测试件中传播。根据电磁感应原理,此脉冲涡流又会感应出一个快速衰减的磁场,随着感生磁场的衰减,检测线圈上就会感应出随时间变化的电压,由于脉冲包含很宽的频谱,感应电压信号中就包含重要的缺陷深度信息[4]。

图1为传感器探头在腐蚀缺陷区域扫描时出现的波形,任取三个不同位置对感应信号进行采集。可以看到,位置1上得到的波形具有明显的峰值和过零时间,而位置3的波形则出现了严重振荡,很难提取出传统的过零时间和峰值信息。但这三条曲线存在一个固定的交点,此即为位置交叉点,其时间值中就包含着腐蚀缺陷深度的定量信息。

2　试验系统

图2为试验系统的组成框图。试验采用的脉冲涡流检测系统由脉冲信号发生器、脉冲涡流传感器和数据采集装置组成。其中,信号发生器用于激励方波信号,试验中采用的方波激励信号的电压为12 V,频率为100 Hz,占空比为0.5。新型传感器探头包括激励线圈和检测线圈。激励线圈采用矩形骨架,尺寸为50 mm(长)×50 mm(宽)×50 mm(高),用0.24 mm的漆包线共绕450匝;检测线圈位于激励线圈底部的中心,内径为1.5 mm,高为5 mm,用0.08 mm的漆包线共绕了800匝。数据采集装置采用12位内插式PCI数据采集卡,采样频率为200 kHz。

为证明该法的有效性,在厚度为8 mm,面积为300 mm×300 mm的钢板上加工了不同大小和深度的方形和圆形平底凹槽,以模拟表面下腐蚀缺陷,方形槽尺寸依次为30 mm×30 mm×2 mm,30 mm×30 mm×3 mm,30 mm×30 mm×4 mm(长×宽×深);圆形槽的尺寸依次为Φ30 mm×2 mm,Φ30 mm×3 mm, Φ30 mm×4 mm(直径×深)。