[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)渦流位移檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210303777.6
• 申請(qǐng)日: 2012-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN102955000A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜平安;李茂福;于亞婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/90
• 分類號(hào): G01N27/90;G01B7/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及渦流無損位移檢測(cè)技術(shù)。

背景技術(shù)

渦流檢測(cè)技術(shù)是近年來發(fā)展快速的一項(xiàng)無損檢測(cè)技術(shù)，它利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料或工件的監(jiān)測(cè)、測(cè)量和評(píng)估。將探頭線圈中通入交流電，這時(shí)線圈內(nèi)及其附近就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，附近的金屬材料就會(huì)發(fā)生渦流效應(yīng)，在材料表面和內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流會(huì)產(chǎn)生二級(jí)磁場(chǎng)反作用于探頭線圈，從而改變?cè)瓉泶艌?chǎng)的分布以及探頭線圈等效阻抗等參數(shù)。

渦流的大小和分布，除與線圈形狀和尺寸、電流大小和頻率等有關(guān)外，還取決于被測(cè)材料的形狀、內(nèi)部缺陷、與線圈的距離以及材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等諸多因素。所以，在固定其他條件不變的情況下，渦流位移檢測(cè)裝置就可以用來檢測(cè)金屬工件與探頭線圈的距離，從而達(dá)到測(cè)量工件機(jī)械位移的目的。渦流位移檢測(cè)裝置因具有長期工作可靠性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軌道交通、大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械等關(guān)鍵零部件的檢測(cè)與評(píng)估中得到廣泛應(yīng)用。

雖然渦流位移檢測(cè)技術(shù)自誕生之日起就在不同工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但渦流檢測(cè)機(jī)理決定了渦流位移檢測(cè)裝置探頭線圈等效阻抗受被測(cè)對(duì)象的電磁特性影響非常大。幾何形狀和工作環(huán)境完全相同的不同金屬材料制成的工件，由于其自身的電磁特性差異，一般的測(cè)試方法得到的結(jié)果差異很大。在工程測(cè)試標(biāo)定中，一種被測(cè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一次標(biāo)定過程，這樣在對(duì)不同材料進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，渦流位移檢測(cè)裝置必須重新標(biāo)定，工作量很大且不易操作；或當(dāng)材料特性未知時(shí)，檢測(cè)裝置不能進(jìn)行定量測(cè)量。這些現(xiàn)象嚴(yán)重降低了渦流位移檢測(cè)裝置的互換性，限定了其使用范圍。

目前，渦流位移檢測(cè)裝置的檢測(cè)電路多采用電感式傳感器原理設(shè)計(jì)而成，大都采用定頻調(diào)幅、變頻調(diào)幅和調(diào)頻等信號(hào)調(diào)制方式。在渦流位移檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)中，線圈與被測(cè)對(duì)象之間的距離可以轉(zhuǎn)換為線圈的品質(zhì)因數(shù)Q、等效阻抗Z和等效電感L，測(cè)量電路的任務(wù)就是把這些參數(shù)的變化變換為電壓、電流或頻率的變化。但是這些方法都只是單獨(dú)的利用位移與電壓、電流或者頻率的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)物理量和電量之間的轉(zhuǎn)換，很難有行之有效的辦法來解決材料電磁特性對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

由于工程應(yīng)用上對(duì)消除材料電磁特性影響有著廣泛的需求，目前人們還發(fā)明了一些可行的方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，典型的方案有以下兩種。

第一種方法，基于探頭阻抗矢量投影法的測(cè)量方法（發(fā)明專利，杜平安，于亞婷，楊拓.一種渦流位移檢測(cè)方法.申請(qǐng)?zhí)?01010264717.9）。該發(fā)明通過對(duì)渦流探頭線圈阻抗的實(shí)部R_b和虛部X_b進(jìn)行矢量投影來消除渦流位移檢測(cè)裝置測(cè)量中被測(cè)對(duì)象電磁特性對(duì)輸出結(jié)果的影響。該方法通過提取探頭線圈在激勵(lì)信號(hào)作用下的幅值差和相位差信號(hào)來獲得渦流位移檢測(cè)裝置探頭線圈阻抗的實(shí)部和虛部，再采用矢量投影來進(jìn)行等效阻抗變換，最后利用等效阻抗和檢測(cè)距離的函數(shù)關(guān)系來輸出檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到位移檢測(cè)的目的。

第二種方法，基于磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)的測(cè)量方法（發(fā)明專利：于亞婷，杜平安，楊拓.一種消除電子擺振的渦流位移檢測(cè)方法及其裝置.申請(qǐng)?zhí)?01010268977.3，公開號(hào)CN101975543A）。該發(fā)明將具有不同電導(dǎo)率的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行完全磁化，然后通過設(shè)計(jì)的測(cè)量電路檢測(cè)出渦流位移檢測(cè)裝置探頭處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，再對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行分解，獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)部和虛部向量。在同一位移下，磁傳感器中磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)的復(fù)數(shù)向量的實(shí)部和虛部位于同一條橢圓曲線上；不同位移下的橢圓曲線簇具有相同的轉(zhuǎn)向角且相切于一點(diǎn)的特點(diǎn)，通過計(jì)算橢圓的長半軸來確定被測(cè)對(duì)象的位移。

第一種基于探頭阻抗矢量投影的測(cè)量方法采用模擬/數(shù)字混合電路設(shè)計(jì)，主要存在以下兩點(diǎn)問題：

（1）該方法為了提取探頭線圈阻抗的實(shí)部電阻值和虛部電感值，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的硬件電路，這就增加了電路設(shè)計(jì)的難度和成本。

（2）該方法對(duì)阻抗的矢量形式在平面坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行投影，需要大量的計(jì)算步驟。在計(jì)算過程中，還會(huì)引入三角函數(shù)、反三角函數(shù)等復(fù)雜函數(shù)，該方法采用單片機(jī)來完成這些復(fù)雜運(yùn)算需要占用單片機(jī)內(nèi)部大量的存儲(chǔ)資源，同時(shí)復(fù)雜的程序也耗費(fèi)了大量的時(shí)間，這就必然降低了渦流位移檢測(cè)裝置測(cè)試的實(shí)時(shí)性。再者，受單片機(jī)計(jì)算位數(shù)的限制，測(cè)試結(jié)果的精度不高。總之第一種方法的關(guān)鍵缺點(diǎn)：計(jì)算過程復(fù)雜，實(shí)時(shí)性差，精度差。