[发明专利]用于涡电流测量的相敏检测的方法和设备

说明书

背景技术

涡电流(EC)仪器典型地用于检测缺陷(例如在通常由金属制成的导电结构中的裂缝和减薄(thinning)等)或测量例如电导率和磁导率等材料性质，其进而与硬度和材料结构有关。所有这些通过监测磁感生涡电流的大小和相位中的变化而观察到。产生交变磁场的驱动线圈一般靠近试件提供以在试件中感生电流。缺陷的存在扰乱循环涡电流。涡电流可以通过拾取它们的磁场或通过测量驱动线圈的阻抗变化来感测。

存在许多设置用于感生和感测涡电流，但在几乎每种情况下都需要测量感测的信号和驱动信号之间的相位和振幅关系。这可以数字地或通过使用模拟方法进行。通常由于缺陷引起的在感测的信号中的变化较小并且电噪声可能掩盖测量。在一些情况下必须去除由于结构的其他部分(例如支撑物等)引起的对信号的影响。这通常使用多频驱动电流进行，其中频率中的一个或多个对缺陷灵敏并且其他频率仅仅很大程度上受支撑结构影响。

为了获得良好的检测率，该仪器必须具有对单和多频信号两者的良好的振幅和相位鉴别。图1示出这样做的一个方式。接收的信号1分别乘以正弦函数2和余弦函数3，接着是低通滤波器4以获得实数5和虚数6部分。这些然后可以直接在数据的复数阻抗平面视图中使用或具有少许附加计算，相位和振幅数据可以从这些数字获得。

信号的相乘使用模拟乘法器容易执行或可以使用例如FPGA等快速处理装置数字地进行。数字方法具有信号一旦已经数字化则没有偏移和相位误差的优势。在模拟系统中，在单独的实数和虚数信号处理途径中使用的物理分量将具有小的差别，其导致可以是温度和时间依赖的误差。

US4,207,520公开多频数字涡电流检查系统。从测试线圈接收的涡电流信号被滤波以选择期望的信号，其变成数字信号并且传到用于处理的计算机，并且提供涡电流检查的结果。

US6,734,669公开涡电流信号的数字解调。数字正弦和余弦函数被产生并且与数字化的接收的信号相乘。该涡电流信号通过用低通滤波器滤波混合的信号而隔离。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供有使用涡电流检测缺陷的方法，该方法包括：

使用涡电流探头在测试材料中激发涡电流；

在测试材料中检测感生的涡电流；

使用模数转换器将检测到的信号转换为整数值；以及

向或从两个累加器中的每个增加或减去生成的整数值或不采取动作，使得一个累加器产生与实数部分成比例的值并且另一个产生与虚数部分成比例的值。这些值用于检测缺陷的存在。

本发明的实施例提供具有数字方法内在优势的方法，该数字方法具有模拟切换方法的简单性。不像使用乘法接着是低通滤波的现有方法，我们的方法是仅使用对累加器的加和减的单步过程并且能够进行而不需要浮点运算，仅使用简单的整数数学。

该方法的简单性意味它可以以非常快的速率执行并且如果需要的话它可以使用较少耗电和较低成本逻辑进行并且因此也适合于电池电力操作。

大多数FPGA装置具有有限数量的乘法器。空间中的大多数被门占用，这些门可以容易地设置用于简单加法运算和存储，因此良好地适合于实现本发明的示例。

每个生成的整数值根据累加器标志的状态增加到每个累加器或从每个累加器减去。

该标志的状态(加、减或不采取动作)是预先限定的并且形成重复序列(repeated series)的一部分。

每个累加器具有它自己的预先限定的重复序列。累加器中的每个的重复序列除了一个关于另一个偏移四分之一循环之外是相同的。

根据本发明的第二方面，提供有用于使用涡电流检测缺陷的设备，该设备包括：

用于在测试材料中检测感生涡电流的检测器；

用于将检测到的信号转换为整数值的转换器；以及

用于向或从两个累加器中的每个增加或减去生成的整数值的控制器，使得累加器产生指示缺陷是否存在的值。

附图说明

现在将仅通过示例参照附图描述本发明的实施例，其中

图1图示现有技术仪器的振幅和相位鉴别；

图2图示本发明的实施例的示例；

图3图示本发明的实施例的更详细的示例；

图4a和4b示出第一组采样位置的表格和对应波形；

图5a和5b示出第二组采样间隔的第二表格和对应波形；

图6a和6b示出第三组采样间隔的第三表格和对应波形；

图7图示从实数部分和虚数部分到振幅和相位值的转换；以及

图8a、8b、9a和9b示出来自本发明的实施例与常规仪器相比的直方图比较结果。

具体实施方式