一种实时高精度ACFM裂纹状态监测方法与流程

一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法
技术领域
1.本发明涉及于交流电磁场监测技术领域，尤其涉及一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法。


背景技术：

2.在生产和使用钢铁材料时常会产生腐蚀、裂纹等内外表面缺陷，多次发生因机械裂纹等缺陷导致飞机坠毁、管道破裂和锅炉爆炸等重大事故。在海洋石油工程领域，海洋平台和海底管道等设备长期在恶劣的海洋环境中服役，较易出现腐蚀、疲劳、断裂等结构失效。目前电磁无损检测技术在这类钢铁基础设施结构上的应用解决了相当一大部分因缺陷而结构失效的问题，譬如：交流电磁场检测(acfm)技术。然而，单靠人工周期性检测结构，不但受结构工作环境的限制，而且并不能充分使用结构的工作寿命，甚至可能出现检测不完全，从而人为判断失误的问题，使得检测效率及其可靠性偏低，不能满足现代大型工业时代的要求。
3.中国专利cn104007171b《一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统》公开了一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统，对任意钢铁结构进行实时监测，实现脱离人工、连续或周期性地对裂纹成形及扩展过程的监控。然而该系统对待测钢结构产生的旋转磁场畸变信号未做模拟统一，忽略了旋转磁场畸变信号的扩散，存在实验误差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法及系统，对待测钢结构的旋转磁场畸变信号做模拟信号处理，并通过放大和滤波处理将处理后较弱的的旋转磁场畸变信号放大，从而完成对待测钢结构表面裂纹缺陷的监测。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，包括以下步骤：
6.s1，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；
7.s2，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；
8.s3，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；
9.s4，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。
10.优选的，步骤s2还包括：
11.s201，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理：
12.13.其中，ω为时间变量，f为旋转磁场畸变信号传播过程，a为有限差分网络，t为时间变量，σn为四维数，h为网格单元。
14.优选的，步骤s3还包括：
15.通过预处理对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波，滤除杂质噪音放大信号强度。
16.优选的，步骤s3还包括：
17.s301，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理：
[0018][0019]
其中，q为滤波器的衰减损耗；y1为电磁干扰条件下的负载电压，y2为无滤波器条件下的负载电压。
[0020]
优选的，步骤s3还包括：
[0021]
所述预处理后的旋转磁场畸变信号包括磁场相位信息和磁场强度信息。
[0022]
优选的，步骤s4还包括：
[0023]
s401，将模拟信号形式的旋转磁场畸变信号转化为数字信号形式的旋转磁场畸变信号得到旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行缺陷识别处理，得到待测钢结构的裂纹缺陷状态。
[0024]
优选的，步骤s1还包括：
[0025]
所述励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出的电磁场强度为10-20μt。
[0026]
另一方面，本发明还提供一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统，所述系统包括：
[0027]
磁场感应模块，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；
[0028]
模拟处理模块，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；
[0029]
放大滤波模块，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；
[0030]
分析识别模块，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。
[0031]
另一方面，本发明的实施例还提供了一种设备，该设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现该实时高精度acfm裂纹状态监测方法的步骤。
[0032]
另一方面，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现该实时高精度acfm裂纹状态监测方法的步骤。
[0033]
本发明的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法及系统相对于现有技术具有以下有益效果：
[0034]
(1)通过对待测钢结构感应电磁场，进行扫描获取旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做处理后，提取其中的磁场相位信息，将旋转磁场畸变信号数字化为旋转磁场畸变数字信号，从而完成对待测钢结构的表面裂纹缺陷检测；
[0035]
(2)通过对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理，将其转化为模拟信号减弱信号强度但弥补了旋转磁场畸变信号因为扩散效果带来的误差；
[0036]
(3)通过对模拟信号处理后的旋转磁场畸变信号做放大滤波处理，将旋转磁场畸变信号的信号强度补充回正常强度，防止其因信号强度过低而无法被感应。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]
图1为本发明的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法流程图；
[0039]
图2为本发明的一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统结构图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0041]
本发明提供了一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，包括以下步骤：
[0042]
s1，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；
[0043]
s2，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；
[0044]
s3，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；
[0045]
s4，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。
[0046]
应说明的是：交流电磁场检测(acfm，alternating current field measurement)是一种新兴的电磁无损检测技术，已广泛应用于石油化工、船舶工程、航空航天等各种场合构件的表面缺陷检验。目前acfm检测技术装置都是通过探头在工件表面感应出单一方向的电磁场，探头一次扫描并不能完成可靠的检测，只能有效检测单一角度方向的缺陷，对其他不同角度的缺陷检测灵敏度较低，容易出现漏检的可能性。这些问题将大大降低acfm技术的可靠性和检测效率，如何提高对不同角度裂纹的检测灵敏度显得十分重要。
[0047]
现有技术采用acfm进行电磁无损检测时，往往没有考虑到待测钢结构表面裂纹所产生的旋转磁场畸变信号的扩散效果，扩散效果会带来实验误差，而为了解决扩散效果带来的实验误差，我们需要采用模拟信号处理对旋转磁场畸变信号做处理。
[0048]
所述励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出的电磁场强度为10-20μt。
[0049]
正常电磁场的强度应该为50μt左右。
[0050]
步骤s2还包括：
[0051]
s201，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理：
[0052][0053]
其中，ω为时间变量，f为旋转磁场畸变信号传播过程，a为有限差分网络，t为时间变量，σn为四维数，h为网格单元。
[0054]
所述经过处理后的旋转磁场畸变信号强度较弱，通过预处理进行放大及滤波。
[0055]
应说明的是：为了弥补旋转磁场畸变信号的扩散效果带来的实验误差，引入模拟信号处理，计算电磁场干扰分量。计算过程中，利用此方法，构建针对电磁场感应过程中，其时域场内的旋转方程，对于此过程中的微商求解问题，直接使用差商计算法代替，通过此种方式，掌握电磁场感应过程中，其电磁场中的有限差分成分。在此基础上，利用具有相同电磁属性的网格，划分电磁场感应过程中的传输区域，设定传输区域的边界条件，将其作为电磁场干扰控制的边界条件。
[0056]
步骤s3还包括：
[0057]
s301，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理：
[0058][0059]
其中，q为滤波器的衰减损耗；y1为电磁干扰条件下的负载电压，y2为无滤波器条件下的负载电压。
[0060]
所述预处理后的旋转磁场畸变信号包括磁场相位信息和磁场强度信息。
[0061]
应说明的是：经过处理后的旋转磁场畸变信号的信号强度较弱，如果不对其进行放大和滤波处理的话，旋转磁场畸变信号可能会探测不到且有杂质噪音，所以对其进行放大和滤波处理，滤除其中的噪声并放大他的信号强度。
[0062]
通过放大滤波处理，可以将旋转磁场畸变信号的信号强度放大5倍，从10μt放大到50μt的正常强度。
[0063]
步骤s4还包括：
[0064]
s401，将模拟信号形式的旋转磁场畸变信号转化为数字信号形式的旋转磁场畸变信号得到旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行缺陷智能识别处理，得到待测钢结构的裂纹缺陷状态。
[0065]
应说明的是：经过步骤s3放大滤波处理后的旋转磁场畸变信号是模拟信号形式的，将其转化为数字信号才能被缺陷智能识别器识别，得到所述旋转磁场畸变数字信号，用于分析待测钢结构的裂纹缺陷状态。
[0066]
为了实现上述自动更新系统交换机的实现方法，图2为本发明实施例提供的一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统结构图，所述系统包括：
[0067]
磁场感应模块，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；
[0068]
模拟处理模块，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；
[0069]
放大滤波模块，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对
预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；
[0070]
分析识别模块，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。
[0071]
另一方面，本发明的实施例还提供了一种设备，该设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现该实时高精度acfm裂纹状态监测方法的步骤。
[0072]
另一方面，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现该实时高精度acfm裂纹状态监测方法的步骤。
[0073]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0074]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0075]
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、无线连接终端(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理无线连接终端的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理无线连接终端的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0076]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理无线连接终端以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0077]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理无线连接终端上，使得在计算机或其他可编程无线连接终端上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程无线连接终端上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0078]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0079]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者无线连接终端不
仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者无线连接终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者无线连接终端中还存在另外的相同要素。
[0080]
以上对本发明所提供的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0081]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；s2，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；s3，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；s4，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。2.如权利要求1所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：s201，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理：其中，ω为时间变量，f为旋转磁场畸变信号传播过程，a为有限差分网络，t为时间变量，σ
n
为四维数，h为网格单元。3.如权利要求2所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：通过预处理对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波，滤除杂质噪音放大信号强度。4.如权利要求3所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：s301，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理：其中，q为滤波器的衰减损耗；y1为电磁干扰条件下的负载电压，y2为无滤波器条件下的负载电压。5.如权利要求4所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：所述预处理后的旋转磁场畸变信号包括磁场相位信息和磁场强度信息。6.如权利要求5所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：s401，将模拟信号形式的旋转磁场畸变信号转化为数字信号形式的旋转磁场畸变信号得到旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行缺陷识别处理，得到待测钢结构的裂纹缺陷状态。7.如权利要求1所述的一种实时高精度acfm裂纹状态监测方法，其特征在于，所述步骤s1还包括：所述励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出的电磁场强度为10-20μt。8.一种实时高精度acfm裂纹状态监测系统，其特征在于，所述系统包括：
磁场感应模块，通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；模拟处理模块，对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；放大滤波模块，对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；分析识别模块，提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。9.一种设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提出了一种实时高精度ACFM裂纹状态监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过励磁激励信号源在待测钢结构表面感应出电磁场；对待测钢结构进行扫描及固定监测，获取待测钢结构的表面裂纹引起的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号做模拟信号处理并输出；对经过处理后的旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出；提取预处理后的旋转磁场畸变信号的磁场相位信息，将模拟信号转化为数字信号，对旋转磁场畸变信号进行处理，并对待测钢结构的表面裂纹进行实时判别、分析与识别。通过对待测钢结构感应电磁场，完成对待测钢结构的表面裂纹缺陷检测。面裂纹缺陷检测。面裂纹缺陷检测。


技术研发人员：刘圣平 刘利文 刘志波 唐云玲 赖蕴辉 陈华生 严朗平 杨少良 彭瑞琳
受保护的技术使用者：广东省特种设备检测研究院河源检测院
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/13