[发明专利]用于涡流信号的数字测量的方法和设备

说明书

技术领域

本发明通常涉及利用数字信号处理技术测量涡流信号。

背景技术

在无损涡流检测(eddy current testing)中，振荡器或其它信号发生器产生交流(AC)驱动信号(例如，正弦波)，该驱动信号驱动位于导电检测物体(test object)附近的涡流探头的线圈。探头线圈中的驱动信号产生电磁场，该电磁场穿过导电检测物体并在该检测物体中感应涡流，这些涡流进而产生其自身的电磁场。驱动信号的频率以及检测物体的材料性质(例如，电导率、导磁率等)决定特定电磁场穿透检测物体的深度，其中低频信号比高频信号穿透得更深。对于大多探伤应用，使用在1KHz到3MHz范围内的涡流探头频率。

由涡流生成的电磁场在涡流探头中生成返回信号(return signal)。驱动信号与返回信号的比较可以提供关于检测物体的材料特性的信息，包括在特定深度存在瑕疵或者其它缺陷。将涡流探头置于已知没有瑕疵或缺陷的一段检测物体上导致生成可用来建立参考或零位信号(nullsignal)的返回信号。确定驱动信号和这个参考或零位信号之间的差别(例如，相移)可建立参考数据，通过该参考数据可以对未知段的检测物体进行后续测量。

未知段检测物体的这些后续测量可以通过如下过程进行：沿检测物体的表面滑动涡流探头，以及连续地监控驱动信号和由涡流电磁场所生成的返回信号之间的差别。驱动信号和返回信号之间的差别与驱动信号和参考或零位信号之间的差别的不一致，在这个意义上，这可以指示在检测物体中的那个位置存在瑕疵或其它缺陷(或材料特性中的其它变化)。为了帮助简化往往复杂的涡流响应，幅度和相位的变化往往显示在阻抗平面图(系统电感与电阻的关系曲线)上。这样，操作员差异的变化比如(提离时)探头和试件之间的距离会导致形成轨迹的斑点(spot)的水平移动，而任何瑕疵的存在会造成该斑点垂直移动。无论怎样，涡流检测的关键步骤是确定驱动信号和返回信号之间的差别(例如，相移)。

在涡流检测中用于确定驱动信号和返回信号之间的差别的模拟方法是众所周知的。在一种广泛使用的方法中，一个或多个振荡器被用来生成频率和幅度与驱动信号相同的正弦信号和余弦信号。每个正弦信号和余弦信号在经过低通滤波器之后与返回信号进行混合或相乘，该返回信号在混合或相乘之前已被放大。来自乘法器的每个合成信号含有相乘的两个信号的和积与差积并且含有基于检测物体返回信号的差别信号(difference signal)的幅度和相位信息。那些合成的信号然后被低通滤波以去除所有除差频之外的任何低频谐波产物。在对合成信号进行求和及放大之后，这些信号代表驱动信号和返回信号之间的差别的正交信号，从中可以导出该差别信号的相位和幅度。正交信号被多路复用，经过模数转换器，然后由计算机或其他处理器接收以分析信号并确定瑕疵或其他缺陷的存在。

数字电路与模拟电路相比具有几个固有的优势，包括元件数量的减少，这可能导致制造成本的降低以及消除或最小化由元件容差变化所引起的潜在影响。给于这些优势，随着数字信号处理的出现，有人已用数字电路来替代上述的模拟电路和操作。虽然这一变化可以改善此应用的性能和成本，但数字电路仍然必须执行将返回信号与正弦及余弦信号相乘以产生正交输出的计算，该正交输出然后被分析以确定差别信号的相位和幅度。利用数字信号处理技术来执行涡流检测而无需将返回信号与正弦及余弦信号相乘将会是有利的

发明内容

在本发明的一个实施例中，公开了一种用于对检测物体进行涡流检测的方法和设备，其包含以下步骤：生成数字驱动信号，将所述数字驱动信号转换成模拟驱动信号以驱动探头中的线圈；将所述探头置于检测物体附近；接收由所述检测物体生成的电磁场，该电磁场生成模拟返回信号；将所述模拟返回信号转换成数字返回信号；测量所述数字返回信号的幅度；测量所述数字返回信号与数字驱动信号相比的相移；根据该相移确定所述数字返回信号的相移角；根据数字返回信号幅度和所述相移角，确定所述数字返回信号的正交分量；以及分析所述数字返回信号的所述正交分量来确定所述检测物体的材料特性。

附图说明

图1是用以执行涡流检测的数字电路的框图。

图2是涡流检测中典型的驱动信号和返回信号的曲线图。

图3是涡流检测中返回信号的幅度和相移角的向量表示。

图4是用于显示涡流检测的结果的阻抗平面显示。

具体实施方式