小波变换在钢球表面裂纹电涡流检测中的应用

    目前电涡流检测已经广泛应用,并且已有很多成功之例,在利用电涡流进行试件表面裂纹检测已经取得了许多经验。本文通过小波变换在钢球表面裂纹的电涡流检测中的应用,达到对钢球表面裂纹的定性检测从而对钢球进行质量评估。

1　电涡流检测技术与小波变换理论

    涡流检测是以研究涡流与试件的相互关系为基础的一种常规无损检测方法。在检测前先让钢球达到磁饱和,克服钢球磁导率对裂纹检测的影响,然后在钢球侧面放置一个通有一定频率交变电流的半球形线圈,线圈周围空间产生了正弦交变磁场,处于磁场中的钢球将感生电涡流,感生电涡流也将产生交变磁场,线圈与感生电涡流产生的磁场方向相反,两者相互作用后,使线圈的阻抗Z发生变化,如图1。很显然,当钢球表面出现裂纹时,感生电涡流在钢球的分布会发生变化,最终会导致线圈的阻抗Z变化,从而使线圈的电流以及电压相应变化。只要测量出相应的变化量,就能确定裂纹的存在[1]。

    由于钢球表面裂纹的电涡流检测中获得的信号比较微弱,干扰严重,因此必须采用比较有效的信号处理方法对信号进行处理。目前普遍采用的是先对信号进行去噪,然后通过相敏检波,滤波放大后通过阻抗平面显示来判断试件的优劣[2]。在钢球的表面裂纹的在线检测中,我们发现将小波变换引入到信号的处理中,也可以达到比较好的效果,并且过程更简单。小波变换的概念是由法国从事石油信号处理的工程师J·Morlet在1974年首先提出的,目前的应用非常广泛。小波变换定义为:

    若函数C_Ψ∈L¹∩L²满足:

2　小波变换在钢球表面裂纹检测中的应用

    通过半球形检测线圈对钢球表面进行检测,得到一段信号,其头尾已经被剪去。我们通过小波变换对信号进行了处理,其中应用的小波为通过了很多次试验选用的专用小波函数。

    在图3中可以看出来,在有裂纹的地方通过小波变换处理后可以从处理后的波形看出来,即幅值较大的三处。小波变换在其中的应用主要包括两个方面,一方面是除去噪声,另一方面突出信号的突变部分。

2·1　信号的除噪

    在钢球表面裂纹检测时的涡流信号包括噪声信号,经过调制后的信号。调制后的信号fEZ(t)由可以表达缺陷特征的信号fz(t)与激励信号E(t)组成,其关系为乘性关系。即:

    去噪时一般根据先验知识确定噪声与信号在小波变换时的区别,然后由两者的不同特征加以分离。在涡流检测中的噪声包括测量噪声,提离干扰等。测量噪声是钢球在线检测时,在展开机构上高速旋转产生的振动引起,主要是高频率成分;提离干扰主要是低频成分,缺陷信号介于两者之间,并且有所交叠[4]。因此去噪应该分为两个步骤进行。