劉 瑩

（中國(guó)人民解放軍電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037）

0 引言

隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，很大程度上提高了我國(guó)檢測(cè)設(shè)備的相關(guān)性能，并使之朝著計(jì)算機(jī)化、定量化和智能化的方向前進(jìn)。而信息處理技術(shù)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的總體性能起了決定作用，也是磁性無(wú)損技術(shù)檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)依據(jù)。它通過對(duì)探頭輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，提高其信號(hào)的信噪比和抗干擾能力，進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、分析、顯示、存儲(chǔ)和記錄，以滿足各種檢測(cè)性能的要求。

1 磁性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

檢測(cè)技術(shù)中一個(gè)重要組成部分——無(wú)損檢測(cè)，它作為一種非破壞性的檢測(cè)技術(shù)，是在對(duì)原材料和成品不損傷的前提下，對(duì)其內(nèi)部和表面有無(wú)缺陷情況進(jìn)行研究。由于材料內(nèi)部及表面若存在問題，檢測(cè)系統(tǒng)中的相關(guān)指標(biāo)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。無(wú)損檢測(cè)就是利用這一變化來研究、評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)異常和缺陷的存在，及其可能帶來的危害程度。與破損檢測(cè)相比，它不需要改變物件的狀態(tài)和使用性能，而是直接對(duì)使用中的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與缺陷情況進(jìn)行測(cè)試，從而推斷出材料的剩余使用壽命與相應(yīng)的承載能力等。通常情況下，其檢測(cè)主要有目視法、超聲波法、渦流法、磁性檢測(cè)法等幾種檢測(cè)方法。對(duì)于磁性無(wú)損檢測(cè)，它探頭裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，靈敏度高，且便于對(duì)信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)與在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此，在實(shí)際生活中，它的應(yīng)用是最廣泛的，被公認(rèn)為目前既經(jīng)濟(jì)又可靠、實(shí)用的檢測(cè)方法。

2 磁性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的信號(hào)處理技術(shù)

磁性無(wú)損檢測(cè)就是以磁場(chǎng)為媒介將被測(cè)物的狀態(tài)或量轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的磁場(chǎng)信號(hào)，然后再由磁電轉(zhuǎn)化器件或傳感器進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)，最后對(duì)所得信息進(jìn)行分析和處理。因此，磁場(chǎng)信號(hào)的形成和測(cè)量是該檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)部分，而對(duì)信息的處理則是其核心部分。

2.1 磁場(chǎng)信號(hào)的形成

該檢測(cè)技術(shù)主要是采用有源磁場(chǎng)檢測(cè)法 (AFT)，將被測(cè)對(duì)象進(jìn)行磁源磁化，使之產(chǎn)生磁場(chǎng)信號(hào)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。 其中AFT法主要是通過勵(lì)磁器采用交變磁場(chǎng)磁化方式和恒定磁場(chǎng)磁化方式，對(duì)被測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)，并形成磁場(chǎng)信號(hào)。

2.2 磁場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量

對(duì)于所獲得的磁場(chǎng)信號(hào)，通過磁場(chǎng)測(cè)量探頭對(duì)其實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，檢測(cè)電信號(hào)的信噪比、分辨率和穩(wěn)定性等多項(xiàng)性能，進(jìn)而決定磁性檢測(cè)裝置或系統(tǒng)的性能情況，在磁性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的核心作用。因此，對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量就有著幾個(gè)基本要求：第一，在靈敏性和空間分辨力方面。檢測(cè)目的和方法的額不同可選擇不同的敏感元件，而測(cè)量靈敏度的提高決定著元件和測(cè)量裝置的成本，因此，為獲得最有性價(jià)比，應(yīng)根據(jù)被測(cè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱選相應(yīng)元件，然后對(duì)其靈敏度有所選擇。同時(shí)，為測(cè)量出空間域變化率較高的磁場(chǎng)信號(hào)，就要對(duì)測(cè)量元件或單元的空間分辨率有一定的要求；第二，具有穩(wěn)定性和可靠性。測(cè)量元件要具備對(duì)檢測(cè)環(huán)境和狀況的適應(yīng)性，使測(cè)量信號(hào)不受環(huán)境影響，保持穩(wěn)定與可靠；第三，有效信息比和性能價(jià)格比。對(duì)于所測(cè)量來的磁場(chǎng)信號(hào)要保持它的有效性，并且設(shè)計(jì)出的具有最優(yōu)性能價(jià)格比的檢測(cè)探頭需符合測(cè)量目的和要求。

2.3 磁場(chǎng)信號(hào)的處理技術(shù)

第一，是對(duì)于模擬信號(hào)的放大處理。由于磁場(chǎng)測(cè)量探頭輸出的信號(hào)一般比較微弱，因此，就必須將其放大以后在進(jìn)行處理。其中放大器的選擇和設(shè)計(jì)要根據(jù)測(cè)量信號(hào)的性質(zhì)來決定。在這里，通常存在著空間局部區(qū)域內(nèi)突變和在長(zhǎng)的空間位置內(nèi)變化比較緩慢的兩種磁場(chǎng)信號(hào)。在處理時(shí)，局部變化的信號(hào)就可采用交流放大的技術(shù)來調(diào)整消除信號(hào)中的低頻或直流分量，而那些變化緩慢的信號(hào)就需要采用直流放大或調(diào)制解調(diào)技術(shù)來進(jìn)行處理。同時(shí)，檢測(cè)信號(hào)的放大電路的設(shè)計(jì)，需根據(jù)磁敏測(cè)量單元的特性和測(cè)量信號(hào)特點(diǎn)及相應(yīng)的檢測(cè)要求來選擇合適的處理方法和元件。

第二，是對(duì)于模擬信號(hào)的濾波處理。磁性檢測(cè)中，從兩方面對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；對(duì)于信號(hào)工作是在空間域山的磁場(chǎng)信號(hào)，采用空間濾波的方法進(jìn)行濾波處理；相反，磁電信號(hào)的工作是在時(shí)間域上，因此采用的是時(shí)域?yàn)V波方法來處理。

第三，磁場(chǎng)信號(hào)的時(shí)空域采樣。一般來說，磁場(chǎng)信號(hào)為空間域上的連續(xù)信號(hào)，而通過傳感器測(cè)量后的磁電信號(hào)則是時(shí)間域上的連續(xù)信號(hào)，兩者不同。但在實(shí)際的檢測(cè)中，對(duì)檢測(cè)信號(hào)的采樣通常是在時(shí)間域上進(jìn)行的。如果傳感器與被測(cè)物兩者做相對(duì)勻速掃描運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，磁場(chǎng)信號(hào)的空間域離散檢測(cè)信號(hào)可表示為 xs=xs(i·△s)，同時(shí)它可以通過在相同時(shí)間間隔上采樣后的離散時(shí)間域信號(hào) （用 xt(i·△t)表示），就可求出xs(i△s)=xt(i△t),i=0,1,2,…（其中時(shí)間域采樣間隔用△t表示，空間域采樣間隔用△s表示，且△s=v0△t，v0表示勻速掃描的速度）同時(shí)，對(duì)于空間域上磁場(chǎng)信號(hào)的采樣，和時(shí)間域上的磁電信號(hào)，兩者需滿足所在域的相關(guān)定理。如果確定了空間域采樣間隔△s,相對(duì)的時(shí)域采樣間隔△t就必須滿足這樣一個(gè)定式，△t≤△s/v(v為掃描速度）。由此可見，時(shí)域采樣的間隔△t與掃描運(yùn)動(dòng)的速度是直接相關(guān)的。

第四，對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。由于在實(shí)際的檢測(cè)過程中，信號(hào)采集系統(tǒng)可能受到外界環(huán)境和噪聲的干擾，影響數(shù)據(jù)。因此，為了準(zhǔn)確判別數(shù)據(jù)，在預(yù)處理時(shí)就要對(duì)數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)一些無(wú)意義的干擾信號(hào)和雜亂信號(hào)進(jìn)行剔除。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，必須要考慮到實(shí)時(shí)處理的問題，因此，漢寧濾波器和滑動(dòng)中值平滑器等是其主要算法。

第五，信號(hào)的特征量與定量解釋。對(duì)于磁電信號(hào)的解釋關(guān)鍵要看對(duì)信號(hào)特征量或向量的提取。而對(duì)檢測(cè)信號(hào)的定量解釋作為無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的最終難點(diǎn)，意義重大。在實(shí)際的磁性無(wú)損檢測(cè)中，由于磁力線走向的相關(guān)問題、檢測(cè)過程中可能產(chǎn)生的測(cè)量間隙等波動(dòng)問題及不同磁場(chǎng)分布特征等相關(guān)問題會(huì)對(duì)磁信號(hào)的定量解釋造成很大的影響，必須要對(duì)這些問題進(jìn)行具體分析和排除。因此，對(duì)于不同性質(zhì)的信號(hào)要采取不同的解釋方法進(jìn)行識(shí)別，如有基于統(tǒng)計(jì)模式和模型的定量識(shí)別方法等。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)電子信息技術(shù)、微電子技術(shù)也在不斷完善，加上與無(wú)損檢測(cè)相關(guān)學(xué)科的開設(shè)和學(xué)習(xí)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也正朝著理想化的方向發(fā)展。因此，適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和自我的完善需求要?jiǎng)?chuàng)新要求是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的永恒主題，而推廣應(yīng)用則是其追求的最終目標(biāo)。

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