1、国际应用电磁学与力学杂志45（2014）621625 621doi 10.3233/jae-141885IOS出版社脉冲涡流检测中的频域缺陷特征曾志伟、李燕松、黄林、罗敏芳*中国福建厦门厦门大学航空系摘要。脉冲涡流检测（PEC）由于脉冲激励具有宽频带，响应信号提供了比传统涡流检测更多的缺陷信息，引起了研究者的兴趣。从PEC信号中提取了各种特征用于缺陷表征。本文提取了缺陷的频域特征，提出了识别缺陷位置、半径和高度的缺陷表征方案。关键词：脉冲涡流检测；缺陷表征；特征1。介绍在脉冲涡流（PEC）测试中，线圈由脉冲波形（通常是矩形波）激发，如图1所示。PEC检测具有许多优点，如磁场穿透性好，对Liff
2、off的敏感性低1。更重要的是，测试样品中的感应电流具有宽频带成分。由于集肤效应，不同频率分量的穿透深度不同。因此，与传统的EC测试相比，PEC测试中的响应信号提供了更丰富的缺陷深度信息。因此，在PEC测试中有更多的缺陷描述选项。近年来，PEC测试的研究主要集中在从瞬态响应信号中提取特征，这对缺陷的表征至关重要。他等。提出了一种时域分析方法，通过差分处理提取瞬态信号的时域特征，如图22所示。田等。开发了基于小波的主成分分析（PCA）方法，将PCA应用于PEC信号的小波系数，提取主要特征3。一些研究人员将PEC信号转换到频域并进行光谱分析。Vasic等人分析了信号光谱，但没有使用频域特征进行缺陷
3、分类4。勒布伦等人。使用特定的频率，即特征频率，作为特征来表征缺陷长度5。杨等人。计算出低频波段的信号能量，并将其用作特征6。这两个5,6结合了频域特征和时域特征用于缺陷表征。基于不同频率分量具有不同穿透深度的事实，研究PEC缺陷特征是可取的，所有特征都是光谱特征，具有更多的物理特性。*通讯作者：曾志伟，厦门大学航空系，厦门361005，福建。邮箱：zeng2014年IOS出版社和作者。保留所有权利622 图1。脉冲涡流检测。图2。典型的PEC瞬态信号和时域特征。比其他表征方案的重要性。他等。将瞬态信号转换为频域，并选择高频分量作为特征1,7。然而，这种表征方案将失去只有低频分量才能检测到的深
4、隐藏缺陷。本文试图充分利用PEC信号的频域信息进行缺陷表征。更具体地说，不仅提取高频分量，还提取低频分量和中频信息。仿真结果表明，频域特征有利于识别缺陷的位置、尺寸和深度。这种方法不同于多频涡流检测。在MEC测试810中，由于缺陷深度在实际情况中不是先例，因此不可能在量化缺陷深度方面优化频率。相反，可以从频谱中选择合适的PEC信号频率分量，以更好地表征缺陷参数。2。有限元分析本文所用的信号是用有限元方法通过数值模拟产生的。利用傅立叶变换方法获得瞬态信号及其频谱。2.1。几何和参数在图1中，气芯线圈的内半径为6 mm，外半径为10 mm，高度为13 mm，起飞高度为1 mm。线圈有312圈，由1
5、00赫兹、50%占空比和0.333安振幅的矩形波激励。样品厚4毫米。样品的电导率和相对渗透率分别为58.6%和1%。缺陷（本文假定为圆柱形）具有三个参数：位置（即顶部或底部，或表面或地下），半径和高度。我们使用符号H（H）来表示顶部（底部）缺陷的半径和高度。和的单位是mm。RH.TR溴RHRH2.2。傅立叶变换法使用傅立叶变换方法进行瞬态建模是很简单的。首先将暂态电源电流转换成谐波。然后利用轴对称频域有限元模型计算各频率分量的复响应（磁通密度的法向分量，用表示）。复杂的响应形成了PEC信号的频谱。最后，对频谱进行反傅立叶变换，得到瞬态信号。无缺陷情况下的瞬态信号及其部分振幅谱如图3所示。BZ6
6、23 时间（s）频率（Hz） （a）（b）图3。无缺陷情况下磁通密度（t）的法向分量。（a）瞬态信号。（b）振幅谱的一部分。BZ图4。微分振幅谱的一部分。（a）缺陷高度固定在2 mm。（b）缺陷半径固定在4 mm。三。频域缺陷表征3.1。频域特性以下步骤用于分析PEC信号的频域特性。1. 得到响应信号的幅度谱。2. 以无缺陷的振幅谱为参考，得到微分振幅谱。3. 取奇次谐波，绘制频谱。图4（a）显示了将缺陷高度固定在2 mm时不同缺陷半径的部分微分振幅谱。图4（b）显示了将缺陷半径固定在4 mm时不同缺陷高度的部分微分振幅谱。通过观察图4（a）和（b），我们发现以下有趣的现象。1. 在高频（如8
7、kHz）下，存在次表面缺陷时的振幅差收敛到0；而存在表面缺陷时的振幅差则不收敛。这很容易624图5。特征图。（a）表面缺陷。（b）地下缺陷。由皮肤效应解释。也就是说，涡流的高频分量只影响表面缺陷，而不影响次表面缺陷。2. 当存在表面缺陷时，固定缺陷高度但不同缺陷半径的振幅差值在高频时有不同的值。该值随缺陷半径的增大而增大（见图4（a）。尽管如此，固定缺陷半径但不同缺陷高度的振幅差值在高频下几乎相同（见图4（b）。这是因为涡流的高频分量聚焦于表面，因此对缺陷高度不敏感。3. 当存在亚表面缺陷时，固定缺陷高度但不同缺陷半径的振幅差值几乎具有相同的过零频率值（振幅差穿过0的频率）。b32、b42和b
8、52的过零频率分别为2623赫兹、2546赫兹和2464赫兹。另一方面，固定缺陷半径但不同缺陷高度的振幅差值在过零频率上有很大差异。B42、B42.5和B43的过零频率分别为2546赫兹、3743赫兹和6757赫兹。这些结果表明，过零频率在很大程度上取决于缺陷深度。基于以上观察，我们建议使用三个频域特征来描述缺陷。特征1是高频（8kHz）时的振幅差。特征2是振幅差的峰值，出现在低频（约500赫兹）时。特征3为次表面缺陷的过零频率，即中频信息。3.2。缺陷表征利用所提出的特征，我们可以通过以下过程来描述缺陷。1. 使用特征1识别缺陷位置（表面或表面下）。2. 对于表面缺陷，再次使用特征1确定缺陷
9、半径（见图4（a），然后使用特征2确定缺陷高度（见图4（b）。3. 对于次表面缺陷，使用特征3确定缺陷高度（见图4（b），然后使用特征2确定缺陷半径（见图4（a）。625表面缺陷和次表面缺陷的特征图分别如图5（a）和（b）所示。显然相同半径的表面缺陷具有相似的特征1值。然后利用特征2对半径相同但高度不同的缺陷进行识别。同样，具有相同高度的次表面缺陷具有特征3的类似值。然后利用特征2对高度相同但半径不同的缺陷进行识别。4。结论提取了利用PEC信号宽带特性的频域特征。这些特征包括低频、中频和高频信息。仿真结果表明，利用所提出的特征进行缺陷表征是有希望的。使用测量数据进行验证。致谢这项工作得到了中国
10、国家科学基金会51277154年度资助下的新世纪优秀人才计划的资助，资助项目为NCET-090892、高等教育博士研究生基金资助项目20120121110026和中央大学2012121036资助的基础研究经费。工具书类1Y.He，M.Pan，F.Luo和G.Tian，缺陷分类中脉冲涡流中升力效应的降低，IEEE磁学汇刊47（2011），47534760.2Y.He，F.Luo，M.Pan，X.Hu，J.Gao和B.Liu，基于矩形脉冲涡流传感器的不同方向缺陷分类，传感器和执行器A:物理157（2010），2631.3G.Tian，A.Sophian，D.Taylor和J.Rudlin，基于小波
11、的脉冲涡流无损检测PCA缺陷分类和量化，IEE论文集：科学、测量与技术152（2005），141148.4D.Vasic，V.Bilas和D.Ambru_，铁磁管脉冲涡流无损检测，仪器和测量技术会议，美国韦尔，2003年5月，1120-1125。5B.Lebrun，Y.Jayet和J.C.Baboux，脉冲涡流信号分析：在高导电材料深层缺陷实验检测和表征中的应用，无损检测与评价国际30（1997），163-170。6G.Yang，A.Tamburino，L.Udpa，S.S.Udpa，Z.Zeng，Y.Deng和P.Que，用于飞机结构检查的基于脉冲涡流的巨磁阻系统，IEEE磁学汇刊，46（2
12、010），910917.7何勇，潘明峰，罗富贵，田国强，脉冲涡流成像与隐缺陷无损检测与评价频谱分析，无损检测与评价国际44（2011），344-352.8L.Li，K.Tsukada，K.Hanasaki，Z.Liu，小波分析法融合多频涡流信号，第五届信息融合国际会议论文集（2002年7月），108113.9A.Bernieri，G.Betta，L.Ferrigno和M.Laracca，使用基于GMR的仪器进行多频率涡流测试，国际应用电磁学与力学杂志39（2012），355362.10W.Yin，P.J.Withers，U.Sharma和A.J.Peyton，使用多频涡流传感器的碳纤维增强塑料的非接触特性，IEEE仪器与测量汇刊58（2009），738743。
