宋妍++孫少欣

摘 要：為了保證被測鐵磁材料安全運行、延長其使用壽命、以及防止泄漏和環(huán)境污染，需要對被測鐵磁材料進行故障診斷。電磁檢測方法目前被公認為是最有效的鐵磁材料無損檢測方法。研究數(shù)據(jù)預(yù)處理是漏磁檢測的重點研究內(nèi)容，為準確快速進行缺陷定位、特征提取及壽命預(yù)測奠定了堅實的基礎(chǔ)，具有極大的研究價值。

關(guān)鍵詞：電磁檢測；數(shù)據(jù)處理；信息識別；異常點剔除

中圖分類號：TG115.28 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0066-02

1 電磁檢測技術(shù)概述

電磁檢測方法[1]主要廣泛應(yīng)用于諸如埋地管道、鋼結(jié)構(gòu)件、輸油氣管、鋼棒、鏈條、鋼絲繩等鐵磁性材料表面及近表面的夾雜、焊縫、凹坑、腐蝕、氣孔、裂紋等檢測。漏磁檢測方法具有很多優(yōu)勢，諸如靈敏度高、探頭簡單方便、不易發(fā)生漏檢、易于實現(xiàn)自動化、無污染、無需對表面進行清洗等。我國的電磁檢測技術(shù)發(fā)展相對滯后[2]，導(dǎo)致我國對于電磁探傷設(shè)備的市場需求與日俱增。因此，對于當(dāng)前我國無損檢測業(yè)界來說，趕超國外電磁探傷設(shè)備制造技術(shù)是重要且迫在眉睫的任務(wù)。

2 漏磁檢測技術(shù)原理

漏磁檢測器的檢測裝置結(jié)構(gòu)由磁化裝置、軛鐵、鐵刷、霍爾傳感器及相關(guān)電路組成。當(dāng)用磁化器磁化材質(zhì)均勻連續(xù)的被測鐵磁材料時，那么磁感應(yīng)線將會被約束在被測鐵磁性材料中，磁通與材料表面相平行，均勻分布，無大量電磁通溢出，可以說被檢表面是不存在磁場的[3]。但當(dāng)材料中有缺陷時，缺陷就會切割磁力線，磁導(dǎo)率會因為鐵磁材料的組織狀態(tài)變化或者缺陷而發(fā)生變化。因為缺陷的磁阻很大，磁導(dǎo)率很小，這將導(dǎo)致磁路中的磁通畸變，磁感應(yīng)線路徑發(fā)生變化，其中磁通一些會繞過缺陷而通過材料內(nèi)部，一部分會直接通過缺陷，另一些會穿出材料表面，通過介質(zhì)空氣避開缺陷，然后重新進入材料，進而在材料表面的缺陷部位產(chǎn)生漏磁場?；魻杺鞲衅鞑杉⒂涗洿艌龅拇鸥袕姸葦?shù)值，完成檢測。缺陷大小相同，處于表面上與表面下的電磁場卻不同：表面上缺陷產(chǎn)生的電磁場大；缺陷在表面下形成的電磁場顯著變小。

整個檢測過程為：首先磁化被檢測的鐵磁性材料，使其表面及其周圍形成電磁場；然后利用霍爾傳感器組成的漏磁內(nèi)檢測器進行數(shù)據(jù)檢測采集；根據(jù)檢測到的電磁場的變化，對信號進行預(yù)處理即基線校正，異常點剔除和濾波；最后呈現(xiàn)漏磁圖像。

3 漏磁數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1 漏磁數(shù)據(jù)信息識別

在進行鐵磁性材料進行檢測時，所采集漏磁信號一般為比較平穩(wěn)的低頻信號，但同時在采集到的包含有有用信號的數(shù)據(jù)中包含著無法肉眼精確識別的不同程度、不同類型的噪聲，其引起的幅度不大。因此在檢測過程中，所得到的漏磁檢測信號具有非常小的幅值，從而所檢測到的數(shù)據(jù)曲線相對平坦，在基值附近會有小幅度的上下浮動。但在有缺陷的部位，漏磁信號的幅值會突然變大，產(chǎn)生很大的畸變。因此在數(shù)據(jù)預(yù)處理之前首先要對所采集獲得的漏磁信號的有用信息進行識別。缺陷信號分為標準缺陷信號和非標準缺陷信號。標準缺陷信號分為單峰缺陷和雙峰缺陷，一般雙峰缺陷左峰值比右峰值高，如圖1所示。其曲線的顯示與長寬深實際值之間一般具有線性關(guān)系。非標準缺陷的形成可以看成多種標準缺陷的疊加，一般具有多峰，并且單單從其曲線的顯示不能看出其長寬深的實際值。

3.2 基線校正

采用每個傳感器在該段的中值輸出信號作為基準，可以有效地濾除缺陷信號，更加突出無缺陷處信號，具體的校正方法如式（1）所示：

式中，

—第j個傳感器在第i個里程點處檢測到的電壓值；

—第j個傳感器在第i個里程點處檢測到的校正前電壓值；

—傳感器的總個數(shù)；

—第j個傳感器檢測到的電壓值的中值；

3.3 異常點剔除

有些是由于數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計原因，致使每個固定的時間就會產(chǎn)生一個或連續(xù)幾個較大值的數(shù)據(jù)點，有些是因為數(shù)據(jù)在采集、放大、存儲和傳輸?shù)冗^程中因為外界環(huán)境溫度、流量變化或設(shè)備震動等因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)的某一個或一些數(shù)據(jù)是錯誤的，這種數(shù)據(jù)和一般數(shù)據(jù)行為或者特征不同，被稱作異常點[4]，也叫孤立點。常見的異常點有兩種，一種為奇異點，其特點為突然有一個值或連續(xù)幾個值幅值突然增大很多，一種為缺失點，其特點為連續(xù)幾個值幅值等于基值，見圖2。

通過設(shè)計一個多尺度滑動窗，將滑動窗從數(shù)據(jù)首端到數(shù)據(jù)末端進行滑動，通過滑動窗中的數(shù)據(jù)差值利用三次樣條差值方法擬合出下一點，再和實際的點進行比較，和規(guī)定的閾值進行比較，如果比規(guī)定的閾值大，則判定為是異常點，并用擬合點代替異常點，反之，則為正常點。圖3為變尺度窗差值擬合算法對比效果圖。

3.4 自適應(yīng)濾波

高斯濾波可以使信號平坦光滑，使漏磁信號曲線更加柔和。小波分析濾波方法[5]可以在時、頻兩域同時進行濾波處理，對有用信號即缺陷和干擾信號即噪聲有較強的辨別能力，因此可以在保證信號不失真的情況下進行去噪。所以通過選取合適的參數(shù)，利用高斯濾波算法[6]和小波分析濾波算法對漏磁信號進行處理，既能保證缺陷信號不失真，又能成功進行去噪，完成自適應(yīng)濾波，如圖4所示，其中下面的圖是。可看出，濾波效果較好，信號畸變度低，信號可辨識程度高。缺陷信號峰值信噪比增高，信噪改善比增大，波形失真率低。

4 電磁信號圖像的呈現(xiàn)

漏磁檢測領(lǐng)域里三種常見的數(shù)據(jù)顯示方式是A-掃， B-掃和C-掃。對應(yīng)于三種視圖：曲線視圖、灰度視圖和彩色視圖，如圖5、圖6、圖7所示。每種呈現(xiàn)方式對被檢測材料區(qū)域的顯示形式與缺陷檢測方式均不同。現(xiàn)代技術(shù)可以用三種顯示形式對同一漏磁數(shù)據(jù)進行同時呈現(xiàn)[7]。

5 結(jié)語

本文主要研究了漏磁檢測原理，并針對漏磁數(shù)據(jù)特點，分析了缺陷信號的特點，設(shè)計出一套能夠在漏磁內(nèi)檢測器平臺上進行實時數(shù)據(jù)預(yù)處理的自適應(yīng)算法，包括基線校正、異常點剔除與補償、濾波等部分，并且實現(xiàn)了漏磁信號三種視圖的自由切換[8]。

參考文獻

[1]黃松嶺.電磁無損檢測新技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014，14-17.

[2]沈功田.中國無損檢測進展[J].NDT無損檢測，2005，45（2）：67-89.

[3]Lord W，Bridges， J M， Yen， W. Residual and active leakage fields around defects inferromagnetic materials[J].Materials Evaluation.1978， 36（8）：47-54.

[4]王洪春，彭宏.一種基于主成分分析的異常點挖掘方法[J]，計算機科學(xué)，2007，10（2）：192-194.

[5]潘泉，張磊，孟晉麗，等.小波濾波方法及應(yīng)用[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2005，8-9.

[6]Bouman C，Sauer K. A generalized Gaussian image model of edge preserving map estimation[J]. IEEE Trans Image Processing，2001，2（3）：296-310.

[7]周崢.圖像增強算法及應(yīng)用研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

[8]Lischinski D，Weiss Y.Colorization using optimization[J].Proc.ACM SIGGR-APH，2004，14（9）： 689-693.