智能型涡流无损检测仪的研制

　　涡流无损检测技术以其不需要耦合剂、不污染环境、不需要清洗试件等优点而成为成品或半成品金属材料和设备在役检测的主要技术之一。

　　目前国内传统的涡流检测仪采用阻抗平面分析方法,其检测过程为,用探头内差动线圈感应出由材料缺陷产生的畸变信号,送入前置放大器。放大后的信号包含缺陷信号的高频调制波,经相敏检波器解调,得到相互正交的缺陷信号X, Y分量。该信号被低频放大器放大后送到滤波器内,滤去不需要的干扰信号。经计算机进行数字信号处理后显示测试信号波形(即阻抗平面图),操作者用当量比较法进行分析判别。其检测过程具有下列特点,被测信号的X, Y分量的分解由硬件实现;在检测前要进行“定位”测量,以管道检测为例,如要检测一批试件,即将探头穿过按相关探伤标准制作的试样管,使通孔对应的相位角为40°,然后依此标准进行测量。另外,由于影响涡流检测的因素多,检测时干扰大,所以该方法对检测人员素质要求较高,且容易造成漏判和误判,影响检测质量。这种带有半经验性质的缺陷识别限制了涡流检测技术的进一步发展。

　　针对上述传统涡流检测系统特点,笔者对智能型涡流无损定量检测系统进行了研究,设计了测试系统的软件与硬件。在软件方面,首先应用改进的相关方法求出被测信号的X, Y分量,然后应用数字信号处理技术(如小波多尺度变换、神经网络方法等)直接求出缺陷尺寸,无需进行“定位”测量,对检测人员素质要求不高。

　　1　检测仪的硬件设计

　　系统探头采用自比式线圈,探测平台的主要材料为有机玻璃,有五个自由度。

　　测试系统的硬件电路框图如图1所示,其主要设计思路为,上位微型计算机根据用户输入的被测试件的厚度和电导率,求出需要发出的正弦波信号的频率,通过RS232串型口传递给89C51单片机,由单片机控制的数字信号发生器发出设定频率的正弦波。此信号经过六阶椭圆滤波器和功率放大器后作为探头的激励源,探头在检测平台的控制下沿着被测试件作直线运动,检测放大器分别把探头的电压和电流信号放大,经A/D采集板把电压和电流信号转换为数字信号传送给上位机,由上位机进行一系列的数字信号处理,得到缺陷的具体尺寸。

　　由于涡流检测时信号较弱,周围干扰很大,所以对信号源这个在系统中处于最基本和最重要的部分来说,精度要求一定要高。因此系统中的信号发生器采用直接数字合成(Direct Digital Frequency Syn-thesizer,简称DDS)技术^[1] 。该技术是根据奈奎斯特取样,从连续信号的相位φ出发将一个正弦信号取样、量化、编码,形成正弦函数表,储存于EPROM中,合成时,通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量,相位增量不同将导致一个周期内取样点数不同。因角频率ω=Δφ/Δt,在Δt不变的情况下,通过改变相位累加器的频率控制字,将这种变化的相位/幅值量化后的数字信号,通过数/模(D/A)变换及低通滤波即可得到合成的模拟信号频率(图2)。该技术不仅能实现高稳定度、高精度和高分辨力的要求,而且还具有体积小、价格便宜的特点。系统采用的DDS芯片是美国AD公司生产的AD7008,其时钟频率可达50MHz,输出信号频率达20MHz,分辨力0.01Hz。该系统可以发出频率范围为0~2MHz、幅值为0~1V的正弦波。