檢測技術(shù)中的信號處理技術(shù)

劉 瑩

（中國人民解放軍電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037）

0 引言

隨著電子技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，很大程度上提高了我國檢測設(shè)備的相關(guān)性能，并使之朝著計算機化、定量化和智能化的方向前進(jìn)。而信息處理技術(shù)對檢測設(shè)備的總體性能起了決定作用，也是磁性無損技術(shù)檢測設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)依據(jù)。它通過對探頭輸出的檢測信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，提高其信號的信噪比和抗干擾能力，進(jìn)一步對信號進(jìn)行識別、分析、顯示、存儲和記錄，以滿足各種檢測性能的要求。

1 磁性無損檢測技術(shù)

檢測技術(shù)中一個重要組成部分——無損檢測，它作為一種非破壞性的檢測技術(shù)，是在對原材料和成品不損傷的前提下，對其內(nèi)部和表面有無缺陷情況進(jìn)行研究。由于材料內(nèi)部及表面若存在問題，檢測系統(tǒng)中的相關(guān)指標(biāo)就會發(fā)生相應(yīng)的變化。無損檢測就是利用這一變化來研究、評價結(jié)構(gòu)異常和缺陷的存在，及其可能帶來的危害程度。與破損檢測相比，它不需要改變物件的狀態(tài)和使用性能，而是直接對使用中的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與缺陷情況進(jìn)行測試，從而推斷出材料的剩余使用壽命與相應(yīng)的承載能力等。通常情況下，其檢測主要有目視法、超聲波法、渦流法、磁性檢測法等幾種檢測方法。對于磁性無損檢測，它探頭裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，靈敏度高，且便于對信號的處理，實現(xiàn)非接觸檢測與在線實時檢測。因此，在實際生活中，它的應(yīng)用是最廣泛的，被公認(rèn)為目前既經(jīng)濟(jì)又可靠、實用的檢測方法。

2 磁性無損檢測技術(shù)的信號處理技術(shù)

磁性無損檢測就是以磁場為媒介將被測物的狀態(tài)或量轉(zhuǎn)化為可測量的磁場信號，然后再由磁電轉(zhuǎn)化器件或傳感器進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，最后對所得信息進(jìn)行分析和處理。因此，磁場信號的形成和測量是該檢測技術(shù)的基礎(chǔ)部分，而對信息的處理則是其核心部分。

2.1 磁場信號的形成

該檢測技術(shù)主要是采用有源磁場檢測法 (AFT)，將被測對象進(jìn)行磁源磁化，使之產(chǎn)生磁場信號，進(jìn)而對其進(jìn)行測量。 其中AFT法主要是通過勵磁器采用交變磁場磁化方式和恒定磁場磁化方式，對被測物進(jìn)行檢測，并形成磁場信號。

2.2 磁場信號的測量

對于所獲得的磁場信號，通過磁場測量探頭對其實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，檢測電信號的信噪比、分辨率和穩(wěn)定性等多項性能，進(jìn)而決定磁性檢測裝置或系統(tǒng)的性能情況，在磁性無損檢測技術(shù)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的核心作用。因此，對磁場信號的測量就有著幾個基本要求：第一，在靈敏性和空間分辨力方面。檢測目的和方法的額不同可選擇不同的敏感元件，而測量靈敏度的提高決定著元件和測量裝置的成本，因此，為獲得最有性價比，應(yīng)根據(jù)被測磁場的強弱選相應(yīng)元件，然后對其靈敏度有所選擇。同時，為測量出空間域變化率較高的磁場信號，就要對測量元件或單元的空間分辨率有一定的要求；第二，具有穩(wěn)定性和可靠性。測量元件要具備對檢測環(huán)境和狀況的適應(yīng)性，使測量信號不受環(huán)境影響，保持穩(wěn)定與可靠；第三，有效信息比和性能價格比。對于所測量來的磁場信號要保持它的有效性，并且設(shè)計出的具有最優(yōu)性能價格比的檢測探頭需符合測量目的和要求。

2.3 磁場信號的處理技術(shù)

第一，是對于模擬信號的放大處理。由于磁場測量探頭輸出的信號一般比較微弱，因此，就必須將其放大以后在進(jìn)行處理。其中放大器的選擇和設(shè)計要根據(jù)測量信號的性質(zhì)來決定。在這里，通常存在著空間局部區(qū)域內(nèi)突變和在長的空間位置內(nèi)變化比較緩慢的兩種磁場信號。在處理時，局部變化的信號就可采用交流放大的技術(shù)來調(diào)整消除信號中的低頻或直流分量，而那些變化緩慢的信號就需要采用直流放大或調(diào)制解調(diào)技術(shù)來進(jìn)行處理。同時，檢測信號的放大電路的設(shè)計，需根據(jù)磁敏測量單元的特性和測量信號特點及相應(yīng)的檢測要求來選擇合適的處理方法和元件。

第二，是對于模擬信號的濾波處理。磁性檢測中，從兩方面對信號進(jìn)行濾波處理；對于信號工作是在空間域山的磁場信號，采用空間濾波的方法進(jìn)行濾波處理；相反，磁電信號的工作是在時間域上，因此采用的是時域濾波方法來處理。

第三，磁場信號的時空域采樣。一般來說，磁場信號為空間域上的連續(xù)信號，而通過傳感器測量后的磁電信號則是時間域上的連續(xù)信號，兩者不同。但在實際的檢測中，對檢測信號的采樣通常是在時間域上進(jìn)行的。如果傳感器與被測物兩者做相對勻速掃描運動的時候，磁場信號的空間域離散檢測信號可表示為 xs=xs(i·△s)，同時它可以通過在相同時間間隔上采樣后的離散時間域信號 （用 xt(i·△t)表示），就可求出xs(i△s)=xt(i△t),i=0,1,2,…（其中時間域采樣間隔用△t表示，空間域采樣間隔用△s表示，且△s=v0△t，v0表示勻速掃描的速度）同時，對于空間域上磁場信號的采樣，和時間域上的磁電信號，兩者需滿足所在域的相關(guān)定理。如果確定了空間域采樣間隔△s,相對的時域采樣間隔△t就必須滿足這樣一個定式，△t≤△s/v(v為掃描速度）。由此可見，時域采樣的間隔△t與掃描運動的速度是直接相關(guān)的。

第四，對數(shù)據(jù)的預(yù)處理。由于在實際的檢測過程中，信號采集系統(tǒng)可能受到外界環(huán)境和噪聲的干擾，影響數(shù)據(jù)。因此，為了準(zhǔn)確判別數(shù)據(jù)，在預(yù)處理時就要對數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)一些無意義的干擾信號和雜亂信號進(jìn)行剔除。同時，在實際應(yīng)用中，必須要考慮到實時處理的問題，因此，漢寧濾波器和滑動中值平滑器等是其主要算法。

第五，信號的特征量與定量解釋。對于磁電信號的解釋關(guān)鍵要看對信號特征量或向量的提取。而對檢測信號的定量解釋作為無損檢測與評價的最終難點，意義重大。在實際的磁性無損檢測中，由于磁力線走向的相關(guān)問題、檢測過程中可能產(chǎn)生的測量間隙等波動問題及不同磁場分布特征等相關(guān)問題會對磁信號的定量解釋造成很大的影響，必須要對這些問題進(jìn)行具體分析和排除。因此，對于不同性質(zhì)的信號要采取不同的解釋方法進(jìn)行識別，如有基于統(tǒng)計模式和模型的定量識別方法等。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國電子信息技術(shù)、微電子技術(shù)也在不斷完善，加上與無損檢測相關(guān)學(xué)科的開設(shè)和學(xué)習(xí)，無損檢測技術(shù)也正朝著理想化的方向發(fā)展。因此，適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和自我的完善需求要創(chuàng)新要求是無損檢測技術(shù)發(fā)展的永恒主題，而推廣應(yīng)用則是其追求的最終目標(biāo)。

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