脉冲涡流检测的频域分析研究

XX 大学 毕业设计毕业设计(论文论文) 题题目：目：脉冲涡流检测的频域分析研究脉冲涡流检测的频域分析研究 学学院院：测控与光电工程学院测控与光电工程学院 专专业：业：测控技术与仪器测控技术与仪器 姓姓名：名： 学学号：号： 指导教师：指导教师： 二二xx 年六月年六月 脉冲涡流检测的频域分析研究 摘要：脉冲涡流检测采用脉冲激励，能够检测到不同深度的缺陷，获取更为丰富的 缺陷信息，对保证飞机安全也有着非凡的意义，因此引起了众多研究人员的兴趣。 脉冲涡流含有非常丰富的频率谱信息， 因此脉冲涡流检测频域分析的研究具有重 大的意义。 本论文首先设计、制作了脉冲涡流检测频域分析所需要的圆形探头，在被检缺陷 试块上采集脉冲涡流检测信号。 论文对采集的信号通过 FIR 滤波、IIR 滤波以及小波进行降噪方面的研究，比较 了三种去噪方法，最后选取了去噪效果更好的小波去噪方法对检测信号进行去噪。 论文接着对时域的缺陷信号进行差分处理， 然后再对差分处理过的时域信号利用 MATLAB 编写分析算法进行傅里叶变换，进行频谱分析方面的研究。分析了不同频率 对腐蚀缺陷信号的影响。通过分析发现低频分量有利于检测深层缺陷，高频分量有利 于检测浅层缺陷。 关键字：脉冲涡流检测 腐蚀缺陷 频域分析 Frequency domain analysis of pulsed eddy current testing Aastract:Pulsed eddy current testing using pulsed excitation, able to detect defects at different depths, get richer defect information, to ensure the safety of the aircraft also has a special significance, and therefore aroused the interest of many researchers. Pulsed eddy current frequency spectrum is very rich in information, so research pulsed eddy current testing frequency domain analysis is of great significance. In this thesis, the design, production of the circular probe pulsed eddy current testing frequency domain analysis required to collect pulsed eddy current testing signal defect in the subject test block. Thesis for signal acquisition through FIR filtering, IIR filtering, and wavelet research noise reduction, comparing the three de-noising method, and finally selected denoising method the detection signal de-noising. Then the paper defect differential time domain signal processing, and then treated the difference time-domain signal analysis algorithms using MATLAB prepared Fourier transform, spectral analysis of the study. The effects of different frequencies of corrosion defect signal. The analysis revealed that low-frequency component is conducive to deep defect detection, detection of high frequency components in favor of shallow defects. Keywords: Pulsed eddy current testingCorrosion defects Frequency domain analysis 目录 1引言 1.1 选题的依据和意义.1 1.2 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）.2 1.2.1 国外研究现状2 1.2.2 国内研究现状3 1.3 本论文主要研究内容及结构安排4 1.3.1 本论文主要研究内容.4 1.3.2 本论文结构安排.4 2脉冲涡流检测原理 2.1 趋肤效应.5 2.2 提离效应.7 2.3 脉冲涡流检测的工作原理简介.7 3脉冲涡流检测平台与传感器设计 3.1 脉冲涡流检测系统.9 3.2 探头的设计和制作.11 3.3 被检缺陷试块设计.12 4 脉冲涡流检测信号的去噪处理 4.1 信号去噪.14 4.2 低通滤波.14 4.2.1 FIR 低通滤波器14 4.2.2 IIR 低通滤波.14 4.2.3 小波去噪.14 4.2.4 不同去噪方法比较与讨论.15 5 脉冲涡流检测的频域分析研究 5.1 快速傅里叶变换法.16 5.2 频率对不同提离高度的缺陷信号的影响.19 5.3 频率对不同缺陷层的信号的影响.19 5.4 频率对不同深度的缺陷信号的影响.22 5.5 频率对不同大小缺陷信号的影响.23 6 结论与展望 6.1 结论.25 6.2 展望.25 参考文献26 致 谢. 27 附录28 1 脉冲涡流检测的频域分析研究脉冲涡流检测的频域分析研究 1 1引言引言 1.11.1 选题的依据和意义选题的依据和意义 无损检测(Nondestructive testing，NDT)是一门非常综合性的学科。它利用声 光电磁等和物质的相互作用，指在不损坏检测对象使用性能的前提下，检测其内部或 表面缺陷的综合性的应用技术。它在材料的加工、零件的制造、产品的组装乃至产品 使用的整个过程中， 发挥着重要的作用。 对保证工件质量、 保障生产安全、 节约资源、 提高劳动生产率方面起到了非常重要的作用。随着现代工业和科学技术的发展，该技 术越来越多的发挥着重要作用，同时反映着该国家的工业和科技的发展水平。该技术 的应用范围比较广泛，特别是在航空维修中，已经成为保证飞机安全、增加飞行可靠 性以及提高飞机寿命的重要技术手段。随着航空维修的不断提高，无损检测的重要性 越来越重要，从某种程度上来说，航空工业的安危与无损检测密切相关。 检测飞机结构的损伤是无损检测在航空工业维修中最基础的应用。 飞机损伤一般 可分为以下五种情况 1：在飞机零件的生产制造过程中，结构零部件产生的缺陷； 负载过大造成的结构损伤；因刮擦、碰撞造成的损伤等；环境原因所造成的腐 蚀损伤；载荷过大造成的疲劳损伤。如果不能及时有效的处理这些损伤，非常容易 产生裂纹,飞机的安全就会受到严重地威胁，造成惨痛的事故。 涡流检测是以电磁的感应原理为基础，故一般只能用于检测导电材料。当载有变 化电流的检测线圈接近导体工件时， 在工件中会感生出感应电流， 这种电流称为涡流。 工件的电导率（）、磁导率（）、形状、大小、尺寸和缺陷等一些自身因素影响 着涡流的相位、大小和流动形式。我们可以通过观察涡流的特点来判断工件的状态以 及有无缺陷，这种检测方法，叫做涡流检测。利用涡流检测技术，涡流检测线圈不用 与试件接触， 也不用耦合剂， 检测过程中也不会影响工件的性能。 另外在一定条件下， 对工件中缺陷的信息检测信号能够很好的反映出来，而且对管、棒、线和板材等有较 高的检测效率。 一般的涡流检测技术选取的激励信号是正弦信号，但是由于趋肤效应（集肤效 应），深处的缺陷检测效率比较低；而脉冲涡流检测采用的激励是脉冲，能够检测到 不同位置不同深度的缺陷，能够获取更为丰富缺陷信息，对于工业的发展发挥了重要 的作用，同时对保证飞机安全也有着非凡的意义，因此引起了众多研究人员的兴趣。 2 尽管脉冲涡流含有非常丰富的频率谱信息， 但对频率谱特征量的利用并未引起相关工 作者的重视，因此脉冲涡流检测频域分析的研究具有重大的意义。 1.21.2 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 从检测中得到的信号可以提取有效的特征量,对缺陷进行有效识别甚至定量、定 性分析,在脉冲涡流检测中是非常重要的。起初对脉冲涡流检测缺陷识别的研究，主 要集中时域上寻找可以用来作为缺陷分类的特征量。 如对瞬态感应电压进行差分处理 (被检工件有缺陷与无缺陷情况下的检测信号相减)后,取差分信号的峰值、峰值时间 以及过零时间等信息作为特征量,分析这些特征量与缺陷的形状、大小以及深度等信 息之间的联系。这些时域特征量如图 1.1 所示 1。 图 1.1 脉冲检测信号时域特征量 .1 国外研究现状国外研究现状 脉冲涡流的检测信号中含有非常丰富的频谱分量。因此，从频域中提取合适的特 征量对缺陷进行频域分析来引起了众多研究者的关注。近三十年来，国外科研工作者 在检测方法和信号处理方面取得了大量的研究成果： （1）法国里昂电气工程中心在 1993 年利用磁传感器研发了一套脉冲涡流检测系 统 2，3,与一般涡流检测系统的传感器不同的是，其采用釆用的是差分分布模式，明显 的提高了系统的检测灵敏度。该系统能够检测出深度为 20mm 的缺陷。之后,他们利用 3 所得到的感应信号的峰值、过零时间和最大幅值信号对应的频率,对铆钉边缘裂纹的 尺寸大小形状及深度进行了分析研究。 （2）美国依阿华州立大学无损检测评估中心的 J. C. Moulder 等人的研究重点集 中在对飞机整个机身结构中的缺陷检测。对于脉冲涡流检测，他们的激励探头和检测 探头,釆用的是两个线圈，通过选取峰值和过零的时间来作为特征量。实验结果表明 峰值主要和腐蚀缺陷的大小及腐蚀缺陷的深度密切联系 3。 （3）田贵云教授所在英国纽斯维尔大学的研究团队，完成了对脉冲涡流线圈检测 的解析法的研究，他们通过采用磁传感器来对多层导电结构材料进行试验。选用主成 分分析法提取信号特征量，对表面、近表面的缺陷分类识别 4,5。 （4）2012年NDT (2)减小的线圈高度可以在导电试件中感应出更大的涡流,有利于检测灵敏度的提高; (3)为了能更好地约束磁场,可在线圈中加入磁芯，使磁力线更为集中,增大线圈周围 磁感应强度,提高检测分辨率和灵敏度; (4)漆包线越粗,线圈阻抗越小,但对于相同直径和高度的线圈,过粗的导线会使线圈 匝数减少,使线圈感应磁场的能力变弱。所以我们的激励线圈一般选用较粗的漆包线 (0.31mm),以获得更小的线圈阻抗。 本论文参考了相关的脉冲涡流检测文献 1，设计制作了实验所用的检测探头。实 验探头主要由激励线圈、圆形骨架、铁氧体磁芯、TMR 传感器 4 部分组成。所用的激 励线圈内径为 14mm，外径为 24mm，高 6mm，匝数为 120 匝。铁氧体内径 14mm，外径 30mm 高 10mm。实物图如下图 3.3 所示。 图 3.3 实验探头实物图 激励线圈用来在被测试样中产生涡流，铁氧体用于引导聚集磁场，TMR 传感器置 于线圈中央下方用于检测磁场。激励线圈绕在圆柱形骨架上。根据法拉第电磁感应定 12 律，在被测金属试件表面会产生涡流和一个由涡流感生出的磁场，从而在磁敏传感器 中测量垂直方向上总磁场是激励线圈激发的磁场和试件中产生的感生涡流产生的磁 场的叠加。 3.33.3 被检缺陷试块设计被检缺陷试块设计 本论文腐蚀类型缺陷的被检对象为模拟飞机机身的多层铆接铝结构， 材料型号为 LY12-T3。试样整体几何尺寸为 450 mm400 mm15 mm（长宽高），每层铝 板厚度为 1.5 mm，共 10 层，将 10 层铝板用带螺纹的铆钉和螺栓紧密连接，缺陷试 块可放在不同的深度，如图 3.4 所示。 图 3.4 多层铆接结构示意图 在缺陷试块上加工了腐蚀和铆钉孔裂纹两种缺陷。腐蚀为圆形状，直径包括 30、 20、10、5 mm，深度包括 0.50、0.40、0.25、0.15、0.10 mm。腐蚀缺陷的尺寸为直径 和深度的不同组合。 缺陷试块设计如图 3.5 所示。被检缺陷试块的实物图如图 3.6。 13 100 75 50 125 50 50 30 20 10 5 腐蚀厚度 4 1 2 3 1 3 2 4 0.5 0.4 0.25 0.150.1 5 6 8 5 6 8 450 400 3,1 铆钉孔 裂纹 腐蚀 图 3.5 缺陷试块的设计图(单位：mm) 图 3.6 被检缺陷试块的实物图 14 4 4 脉冲涡流检测信号的去噪处理脉冲涡流检测信号的去噪处理 4.14.1 信号去噪信号去噪 在我们的实际检测中缺陷信息往往包含着噪声。 噪声对于缺陷特征的提取是十分 不利的。故为了提高信噪比,得到更为精确的检测结果,必须对信号进行进一步处理。 其中使用频率最多的处理方法是经过多次测量取平均值。但此方法会增加测量时间, 而且还要保证每次测量时的被测对象和测量环境的一致性,这种条件是不易满足的。 而且此方法对去除小信号中的大噪声是毫无办法的。 因此我们比较几种信号去噪的方 式。通过比较去噪后的信号，选取最合适的去噪方法。 4.2 低通滤波低通滤波 4.2.1 FIR 低通滤波器低通滤波器 为有限长的单位冲激响应滤波器，或者称为非递归型滤波器，在数字信号处理系 统中，它是最基本的一个元件。FIR 滤波器既可以保证幅频特性，又可以确保线性的 相频特性，并且其单位抽样响应是也有限长的，因而 FIR 滤波器是比较稳定的系统。 FIR 滤波器在通信、图像处理等领域都有着比较广泛的应用。从滤波特性上分类，可 以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。本论文用到的是低通滤波（程序代码在附录 中）。 4.2.2 IIR 低通滤波低通滤波 IIR 滤波器与 FIR 滤波器有所不同，IIR 滤波器采用的是递归结构，具有反馈,所 以不能确保滤波器的稳定性。通常情况，我们设计 IIR 滤波器时，首先应该依据滤波 器的参数要求来设计相应的模拟滤波器， 譬如巴特沃斯滤波器、 切比雪夫滤波器等等； 然后通过如脉冲响应不变法、双线性变换等方法将模拟滤波器转换为数字滤波器（程 序代码在附录中）。 .3 小波去噪小波去噪 近些年来，由于小波理论在时域和频域具有非常好的特性，因此得到了快速的发 展，并且广泛的应用到实际中。在去噪领域中，小波去噪越来越受到相关工作者的重 视，利用小波进行去噪收到了很好的效果。小波去噪方法之所以有如此效果，与小波 变换是密不可分的，小波去噪方法具有低熵性、多分辨率、选基的灵活性等特点。 小波去噪可以非常好地对信号的边缘、尖峰、断点等非平稳特征进行处理。同时小波 变换可以通过灵活的选择变换基及选用不同的小波母函数来研究不同的对象。 我们在利用小波对信号进行去噪时，先对含有噪声的信号进行小波变换，然后对 15 变换后得到的小波系数进行相应处理，剔除含有的噪声信号，最后对处理后的小波系 数反过来进行小波逆变换，得到去噪后的信号。 .4 不同去噪方法比较与讨论不同去噪方法比较与讨论 本论文利用海明窗函数设计 FIR 低通滤波器,双线性变换法设计 IIR 低通滤波器 对信号进行滤波及利用小波对信号进行去噪。然后比较这三种去噪方式，找出最适合 的去噪方法。 2200240026002800 0.642 0.644 0.646 0.648 0.65 0.652 0.654 0.656 0.658 0.66 含噪信号 小波消噪信号 20002200240026002800 0.64 0.642 0.644 0.646 0.648 0.65 0.652 0.654 0.656 0.658 0.66 含噪信号 IIR滤波后的信号 20002200240026002800 0.635 0.64 0.645 0.65 0.655 0.66 0.665 0.67 含噪信号 FIR滤波后的信号 图 4.1 不同去噪方法结果图 图 4.1 为三种不同方法对信号进行去噪得到的结果图。从左至右分别为小波去 噪后信号、 IIR 滤波后信号、 FIR 滤波后信号。 由图可以看出小波包去噪与 IIR 和 FIR 低通滤波相比,具有更好地去噪效果。其中，经过 IIR 滤波后的信号在下降沿偏离参 考信号比较大。而经过 FIR 滤波后的信号，虽然在下降沿和参考信号非常吻合，但是 信号在下降沿附近的峰值变化非常大，严重偏离参考信号。故综合考虑，小波去噪效 果最好。因此为了清晰辨别出更为准确有效的信号,本文采用了小波去噪的方法。 16 5 5 脉冲涡流检测的频域分析研究脉冲涡流检测的频域分析研究 本论文先对时域的缺陷信号进行差分处理，然后再对差分处理过的时域信号进行 FFT 变换，得到频谱分析图。通过频谱分析图，对缺陷信号在频域上进行分析，进而 分析不同频率对腐蚀缺陷信号的影响。 5.15.1 快速傅里叶变换法快速傅里叶变换法 对非周期性连续时间信号 x(t)进行傅里叶变换，表示为 dtetxX tj )()( （5.1） 其中（5.1）式计算出来的是信号 x(t)的连续频谱。 有限长离散信号 x(n)N 点 DFT 定义为： 1 0 )()( N n kn NW nxkX k=0,1,N-1, N j N eW 2 （5.2） 由式（5.2）知道，计算 N 点 DFT 需要大约N 2次乘法和 N 2次加法。当 N 比较 大时，运算量很可观。现在我们将 N 点 DFT 分解为两个 N/2 点的 DFT，这样两个 N/2 点 DFT 总的运算量就减少为原来的一半，即(N/2)*（N/2)+(N/2)*（N/2）=2 2 N， 这样可以继续分解下去， 将 N/2 再分解为 N/4 点 DFT 等。 对于 N=2M点的 DFT 都可 以分解为 2 点的 DFT，这样其运算量可以减少为(N/2)lbN 次乘法和 NlbN 次加法 13。 由图 5.1 可以更加清晰明了的看出 FFT 的巨大优势。 图 5.1 FFT 与 DFT 所需运算量与计算点数的比较曲线 将)(nx分解为奇偶两个序列之和，即 )()()( 21 nxnxnx 17 )( 1 nx 和)( 2 nx的长度均为 N/2，其中)( 1 nx 是偶序列，)( 2 nx是奇序列，则 WW kn N n kn N n NN nxnxkX )12( 0 2 2 1 0 1 22 )()()( （k=0,1,.N-1） 故： WWW kn N n k N kn N n NN nxnxkX 2 1 0 2 2 1 0 1 22 )()()( （k=0,1,.N-1） 因为 WW kn N N j kn N j kn N ee 2 2 2 2 2 2 所以有： )()()()()( 21 2 1 0 2 2 1 0 1 22 kXkXnxnxkX WWWW k N kn N n k N kn N n NN （k=0,1,.N-1） 其中)( 1 kX和)( 2 kX分别为)( 1 nx和)( 2 nx所对应的 N/2 点 DFT，因为)( 1 kX和 )( 2 kX 均以 N/2 为周期，且 WW k N N k N 2 ，所以)(kX又可表示为： )()()( 21 kXkXkX W k N (k=0,1,.N/2-1) )()() 2 ( 21 kXkX N kX W k N (k=0,1,.N/2-1) 上式的运算，称之为蝶形运算。依此逐个类推，通过 M-1 次分解运算，最终将 x(n)的 N 点 DFT 分解为 N/2 个两点 DFT。图 5.2 为 8 点 FFT 的分解运算流程图。 图 5.28 点 FFT 运算流程图 利用 FFT 处理 DFT 是非常快速高效的，FFT 的出现和发展对推动信号的数字处理 技术的发展有着非常重要的意义。从傅里叶展开式知,一个脉冲信号可以看成是由基 波和许多谐波成分的叠加 15。例如对一个频率为 100Hz,电压幅值为 10V 的方波,其幅 18 值频谱如图 5.3 所示。由此可以看出,脉冲激励信号由基波和许多谐波组成。根据趋 肤效应,随着频率的增加,涡流渗透深度将逐渐减小 16。 激励信号中包含的高频分量的 渗透深度比较小，只能影响到表面或近表面缺陷。而低频分量因为其渗透深度比较大 所以能够影响到下表面的缺陷。 所以我们可以明显的了解到表面或近表面缺陷受到高 频和低频分量的共同影响下表面缺陷只受到低频的影响 17。 0200400600800100012001400160018002000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 频 率 /Hz FFT幅值 图 5.3 方波激励信号的幅值频谱 19 5.25.2 频率对不同提离高度的缺陷信号的影响频率对不同提离高度的缺陷信号的影响 02000400060008000100001200014000 0 50 100 150 200 250 频率(Hz) FFT幅值 同层同缺陷不同提离频谱分析图 提离0.1 提离1.0 提离1.5 图 5.4 同一层缺陷不同提离高度频谱分析图 图 5.4 为腐蚀缺陷试块第三层同一位置的缺陷，探头提离高度分别为 0.1mm， 1.0mm，1.5mm 的频谱分析图。由图中我们可以清晰的看到不同的提离高度其信号的 幅值不同，提离越大其对应的幅值越大。这是由于提离效应对检测信号产生畸变的影 响很大，因此我们对于多层金属内层缺陷进行检测时，我们要对提离效应进行抑制。 否则很有可能使我们对缺陷信号产生错误的判断。 5.35.3 频率对不同缺陷层的信号的影响频率对不同缺陷层的信号的影响 图 5.5 为不同缺陷层的频谱分析图。图中蓝色实线表示的是：直径为 30mm，深 度为 0.5mm 的第一层腐蚀缺陷信号的幅值曲线。 红色的实线表示的是： 直径为 30mm， 深度为 0.5mm 的第三层腐蚀缺陷信号的幅值曲线。由图可知，对于同一大小和深度 的缺陷， 第一层的腐蚀缺陷信号的幅值均大于第三层的幅值。 分别取频率为 50、 350、 1050 、 3050Hz 时 第 一 层 幅 值 与 第 三 层 幅 值 之 比 ， 计 算 幅 值 比 分 别 为 ： 1.055,1.120,1.203,1.433。作出幅值比与频率关系图，如图 5.6。由图可得到：低频对 深层缺陷影响较大,随着频率的增加,高频对浅层的影响增大。当频率很高时，两者的 幅值都接近于零。 20 100020003000400050006000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 频率(Hz) FFT幅值 不同缺陷层频谱分析图 第一层30x0.5 第三层30x0.5 图 5.5 不同缺陷层频谱分析图 0500100015002000250030003500 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 频率（Hz） 幅值比 图 5.6 第一层与第三层的信号幅值比与频率关系图 21 0200400600800100012001400160018002000 40 60 80 100 120 140 160 频率(Hz) FFT幅值 不同缺陷层与无缺陷参考信号频谱分析图 参考 30x0.5第一层 30x0.5第三层 图 5.7 不同缺陷层与无缺陷参考信号频谱分析图 050010001500 0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 频率（Hz） 幅值比 幅值比与频率关系图 参考信号与第一层幅值比 参考信号与第三层幅值比 图 5.8 参考信号与不同缺陷层的幅值比与频率关系图 图 5.7 为不同缺陷层与无缺陷参考信号的频谱分析图，由图中可以看出，无论第 一层还是第三层缺陷信号的幅值均比参考信号的幅值要大。 分别计算频率为 50、 350、 750、1050Hz 时，参考信号幅值与第一层、第三层信号幅值的幅值比，得到幅值比与 22 频率的关系曲线图如图 5.8。由图知时，参考信号与第一层的信号幅值比在低频时变 化较大，参考信号与第三层的信号幅值比在频率较高时变化较大，因此，低频有利于 第一层缺陷信号的检测，频率较高时有利于第三层缺陷信号的检测 5.45.4 频率对不同深度的缺陷信号的影响频率对不同深度的缺陷信号的影响 02004006008001000120014001600 20 40 60 80 100 120 频率(Hz) FFT幅值 同层不同深度频谱分析图 第三层30x0.1 第三层30x0.5 图 5.9 同层不同深度缺陷频谱分析图 02004006008001000120014001600 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 1.08 频率（Hz） 幅值比 图 5.10 不同深度幅值比与频率关系图 23 图 5.9 为同层不同深度缺陷的频谱分析图。 由图可知， 在低频时深度为 0.1mm 的 缺陷幅值小于 0.5mm 的缺陷幅值。但是在高频时 0.5mm 的缺陷幅值反而小于 0.1mm 的缺陷幅值。这可以从趋肤效应理解，由于低频对内部缺陷影响较大，而高频对表面 或近表面缺陷影响较大。分别取频率为 150、450、950、1550Hz 时，深度为 0.1mm 与深度 0.5mm 的缺陷幅值之比，计算分别得到幅值比为：0.964，0.992,1.027,1.059。 作出幅值比与频率关系图，如图 5.10，由此图可得到：低频对深度为 0.5mm 的缺陷 影响大，频率逐渐增加时，频率对深度为 0.1mm 的缺陷的影响也逐渐加大。 5.55.5 频率对不同大小缺陷信号的影响频率对不同大小缺陷信号的影响 10002000300040005000600070008000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 频率(Hz) FFT幅值 同一层不同直径频谱分析图 第一层10x0.5 第一层30x0.5 图 5.11 同一层不同直径缺陷频谱分析图 05001000150020002500 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.8 0.81 0.82 频率（Hz） 幅值比 图 5.12 不同直径缺陷幅值比与频率关系图 24 图 5.11 为同一层不同直径缺陷的频谱分析图。如图所示，深度同为 0.5mm 的第 一 层 腐蚀 缺 陷 ， 直径 为 30mm 的 幅 值大 于 直 径 为 10mm 的 幅 值。 取 频 率 为 50,450,1550,2450Hz 时，求直径为 30mm 与直径 10mm 的幅值比，计算得到幅值比分 别为 0.803,0.772,0.762,0.747。作出幅值比与频率关系图如图 5.12,。由图知：频 率较低时对直径 30mm 的缺陷影响大，当频率增大时对 10mm 的缺陷的影响也加大。 25 6 6 结论与展望结论与展望 6.16.1 结论结论 脉冲涡流检测技术是一门迅速发展的无损检测技术,在石油化工、航空维修等领 域有着广阔的应用前景。 对金属材料部件中的缺陷进行无损检测与评估是它的重要应 用体现之一。目前， 一般对涡流缺陷识别的研究主要是集中在时域上或者就是基于频 谱分析，这些方法都忽略了脉冲涡流含有不同的频谱分量，以及缺陷对不同的频率分 量会产生不同的影响的优点，当然也就没有充分利用这个优点。本文基于脉冲涡流信 号的频谱分析，综合分析了不同频率分量对缺陷的影响。 论文对采集的信号通过 FIR 滤波、IIR 滤波以及小波进行降噪方面的研究，比较 了三种去噪方法，最后选取了去噪效果更好的小波去噪方法对检测信号进行去噪。 论文接着对时域的缺陷信号进行差分处理， 然后再对差分处理过的时域信号利用 MATLAB 编写分析算法进行傅里叶变换，进行频谱分析方面的研究。分析了不同频率 对腐蚀缺陷信号的影响。通过分析发现低频分量有利于检测深层缺陷，高频分量有利 于检测浅层缺陷。 6.26.2 展望展望 本论文的主要工作是分析频率对不同缺陷的影响， 但是由于在实际检测中缺陷一 般是多种多样的,加上作者的水平有限和时间关系,并不能对众多的缺陷进行分析,因 此需要在以后工作中进行再一步研究。主要可以从以下几个方面开展: 1. 本论文只是分析了频率对缺陷的影响，可以说是一种定性的分析。所以可以在进 一步研究信号的频域的基础上，可以提取出充分的合适的缺陷特征参数，进行缺陷类 型的识别判定。 2本论文对缺陷的检测仅仅只是定点检测，但是一般在实际应用中，很多情况下都 是扫描检测。可以在以后的工作中对扫描情况下的脉冲涡流进行分析处理，提取出某 种特征量来对缺陷进行定量分析。 3.本论文只是对腐蚀缺陷进行频域分析，并没有对其他类型的缺陷进行分析，在以后 的工作中可以对裂纹等缺陷进行定性甚至定量方面的分析。 26 参考文献 1 李岩松. 脉冲涡流检测频域特征提取与缺陷表征研究D.厦门大