專利名稱：電磁超聲信號疊加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁超聲探傷方法，更具體地講，涉及一種基于信號疊加的電磁超聲探傷方法。
背景技術(shù)：
電磁超聲探傷是一項(xiàng)新興的超聲波檢測技術(shù)。將通有高頻脈沖電流的激磁線圈 (發(fā)射線圈)置于作為被測對象的導(dǎo)電金屬表面上，線圈產(chǎn)生的交變磁場作用于被測對象表面層內(nèi)感應(yīng)出頻率相同、方向相反的渦流，該渦流是由運(yùn)動著的帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的，該渦流與同時施加在被測對象另一處上的恒定磁場(如，永久磁鐵或直流電磁鐵產(chǎn)生)相互作用， 則被測對象中的帶電質(zhì)點(diǎn)在磁場中流動時受到垂直于磁場方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向的力一洛侖茲(Lorentz)力的作用而發(fā)生位移，使渦流進(jìn)入的體積元發(fā)生振動，從而激發(fā)出與渦流頻率相同的超聲波，形成了超聲波波源，視作用力的分力方向(水平分量與垂直分量)可以同時激發(fā)出縱波與橫波。當(dāng)超聲波在被測對象中傳播時，如果遇到聲阻抗不同的物體時發(fā)生反射，利用渦流線圈(接收線圈)來接收這個反射波，通過計量此超聲波在物體中的傳播時間，就可以計算出被測物體的厚度值和/或缺陷所在位置。接收超聲波是產(chǎn)生超聲波的過程的逆過程，即被測對象中的超聲反射回波導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)在恒定磁場中振動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使配置在被測對象表面上的檢測線圈中有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，即可作為接收信號，其頻率與接收到的超聲波有相同的頻率，其大小則隨磁場的增大而增加。與傳統(tǒng)的壓電超聲波技術(shù)相比，電磁超聲探傷技術(shù)具有不需要使用耦合劑的優(yōu)點(diǎn)。然而，電磁超聲波的聲-電轉(zhuǎn)換效率較低，致使發(fā)射和接收的超聲波信號均較弱，在要求檢測靈敏度較高場合或在進(jìn)行長距離導(dǎo)波檢測時，探傷的信噪比較低。

發(fā)明內(nèi)容
在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)，通過描述，其會變得更加清楚，或者通過實(shí)施本發(fā)明可以了解。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種電磁超聲信號疊加方法，所述方法包括按預(yù)定的時間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個超聲波信號；多個接收線圈接收所述多個超聲波的回波信號；對與接收到的多個回波信號相應(yīng)的多個電壓信號進(jìn)行移相，以使所述多個電壓信號相位相同；將進(jìn)行相移處理的多個電壓信號進(jìn)行疊加。另外，所述脈沖電壓串是方波信號串。另外，通過所述脈沖電壓串來控制發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)，來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。另外，所述多個脈沖電壓串是通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號而產(chǎn)生的。另外，對多個接收線圈接收的多個超聲波的回波信號進(jìn)行前置放大后進(jìn)行相移處理。根據(jù)本發(fā)明，多個發(fā)射線圈按時間間隔接收脈沖電流來產(chǎn)生超聲波(，并通過多個接收線圈接收具有相位差的超聲波的回波信號并進(jìn)行移相處理，消除相位差后再進(jìn)行疊加，從而增加了信號幅度，因此達(dá)到了提高信噪比的目的。


通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷裝置的發(fā)射部的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷裝置的接收部的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁探傷方法的流程圖；圖4和圖5是分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射線圈接收的脈沖串和接收線圈接收的超聲波的回波的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中。下面通過參照附圖對實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置包括發(fā)射部和接收部，發(fā)射部用于產(chǎn)生超聲波，而接收部用于接收超聲波的回波并根據(jù)回波判斷檢測材料的缺陷位置和/或厚度。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的發(fā)射部的框圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的發(fā)射部包括發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10、第1驅(qū)動電路20-1至第N驅(qū)動電路20-N和第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可產(chǎn)生多路發(fā)射脈沖并控制它們的輸出時序。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可接收連續(xù)的脈沖電壓信號(例如，方波信號)并控制將脈沖電壓信號提供給驅(qū)動電路(或發(fā)射線圈)的時序。例如，發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10在第一時間段期間將脈沖電壓信號僅提供給第1驅(qū)動電路20-1，在第二時間段期間將脈沖電壓信號僅提供給第2驅(qū)動電路20-2，...，在第 N時間段期間將脈沖電壓信號僅提供給第N驅(qū)動電路20-N。在此，第一時間段、第二時間
段......第N時間段的長度相同。這樣，每個接收線圈接收到的將是脈沖電壓串，而不會是
連續(xù)的脈沖電壓信號。并且，第一時間段與第二時間段之間的時間差與第二時間段與第三時間之間的時間差相同，第二時間段與第三時間段之間的時間差與第三時間段與第四時間段之間的時間差相同，依次類推。如上所述，發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號來產(chǎn)生脈沖電壓串。發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10可將產(chǎn)生的脈沖電壓串按預(yù)定的時間間隔順序地提供給第1驅(qū)動電路20-1至第N驅(qū)動電路20-N。第1驅(qū)動電路20-1至第N驅(qū)動電路20-N根據(jù)接收的脈沖電壓串，驅(qū)動開關(guān)管(未示出)來將發(fā)射線圈連接至電流源(未示出)，從而發(fā)射線圈接收脈沖電流。由于驅(qū)動電路接收到的脈沖電壓串之間相差預(yù)定時間差并且每個脈沖電壓串的長度相同，因此，發(fā)射線圈接收到的脈沖電流也具有預(yù)定時間差。在此，可直接將從發(fā)射脈沖控制系統(tǒng)10輸出的脈沖電壓串提供給發(fā)射線圈，以用于產(chǎn)生超聲波。第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N根據(jù)接收的脈沖電流(脈沖電壓串)在被測對象(未示出)中產(chǎn)生超聲波信號。此時，由于第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所接受的脈沖電流(或脈沖電壓)的頻率相同，因此，產(chǎn)生的超聲波的頻率也相同。此外，由于第1發(fā)射線圈30-1至第 N發(fā)射線圈30-N所接收的脈沖電流(或脈沖電壓)具有預(yù)定時間差，因此，其產(chǎn)生的超聲波具有預(yù)定的相位差。即，通過第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所產(chǎn)生的超聲波具有相同的頻率，并具有預(yù)定的相位差。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的接收部的框圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷裝置的接收部包括第1接收線圈40-1至第N 接收線圈40-N、第1前放電路50-1至第N前放電路50-N和移相疊加電路。第1接收線圈40-1至第N接收線圈40-N接收超聲波的回波信號。在此，第i接收線圈40-i接收第i發(fā)射線圈30-i發(fā)射的超聲波的回波信號，其中，i = 1,2,....,N0由于第1發(fā)射線圈30-1至第N發(fā)射線圈30-N所產(chǎn)生的超聲波信號的頻率相同并具有預(yù)定的相位差，因此，第1接收線圈40-1至第N接收線圈40-N接收的超聲波的回波信號的頻率相同并具有預(yù)定的相位差。在此，接收線圈接收的超聲波回波信號之間的相位差與發(fā)射線圈產(chǎn)生的超聲波之間的相位差相同。因此，在接收線圈產(chǎn)生的電壓信號的頻率相同并具有相同的相位差。第1前放電路50-1至第N前放電路50-N將與接收線圈接收到的超聲波的回波信號對應(yīng)的接收線圈兩端的電壓進(jìn)行放大。移相疊加電路60從第1前放電路50-1至第N前放電路50_N接收放大的電壓信號。由于放大的電壓信號之間具有預(yù)定的相位差，因此，移相疊加電路60將接收的多個電壓信號進(jìn)行移相，使得多個電壓信號同相并疊加同相的電壓信號，從而增加信號幅度。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁超聲探傷方法的流程圖。在步驟301，按預(yù)定時間間隔將具有時間差的脈沖電壓串順序地提供給多個發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個超聲波。在此，可通過脈沖電壓串控制多個發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。在步驟302，多個接收線圈接收多個發(fā)射線圈產(chǎn)生的超聲波的回波信號。在步驟303，對與多個超聲波的回波信號對應(yīng)的多個電壓信號進(jìn)行放大；在步驟304，對多個放大的電壓信號進(jìn)行移相處理，在消除相位差之后進(jìn)行信號疊加，從而增加信號的幅度。根據(jù)本發(fā)明，多個發(fā)射線圈按時間間隔接收脈沖電流來產(chǎn)生超聲波(如圖4所示)，并通過多個接收線圈接收具有相位差的超聲波的回波信號并進(jìn)行移相處理，消除相位差后再進(jìn)行疊加(如圖5所示)，從而增加了信號幅度，因此達(dá)到了提高信噪比的目的。雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種電磁超聲信號疊加方法，其特征在于，包括按預(yù)定的時間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個超聲波信號；多個接收線圈接收所述多個超聲波的回波信號；對與接收到的多個回波信號相應(yīng)的多個電壓信號進(jìn)行移相，以使所述多個電壓信號相位相同；將進(jìn)行移相處理的多個電壓信號進(jìn)行疊加。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脈沖電壓串是方波信號串。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過所述脈沖電壓串來控制發(fā)射線圈與電流源的連接狀態(tài)，來向發(fā)射線圈提供脈沖電流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個脈沖電壓串是通過按相同的長度分割連續(xù)脈沖電壓信號而產(chǎn)生的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對多個接收線圈接收的多個超聲波的回波信號進(jìn)行前置放大后進(jìn)行相移處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁超聲信號疊加方法。所述電磁超聲探傷方法包括按預(yù)定的時間間隔順序地將具有相同脈沖長度的脈沖電壓串提供給多個發(fā)射線圈，以產(chǎn)生多個超聲波信號；多個接收線圈接收所述多個超聲波的回波信號；對與接收到的多個回波信號相應(yīng)的多個電壓信號進(jìn)行移相，以使所述多個電壓信號相位相同；將進(jìn)行相移處理的多個電壓信號進(jìn)行疊加。根據(jù)本發(fā)明提供的電磁超聲探傷方法，將通過多個接收線圈接收的具有預(yù)定相位差的超聲波的回波信號進(jìn)行移相并疊加，增加了信號幅度，從而改善了信噪比。
文檔編號G01N29/04GK102175767SQ20101062316
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉濤, 姚君, 張建衛(wèi), 杜建生, 童凱, 范弘, 賈慧明 申請人:鋼鐵研究總院