脈沖電磁鐵磁性材料缺陷檢測系統(tǒng)的設(shè)計_陳問渠

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（說明書）</p><p>　　題目：脈沖電磁鐵磁性材料缺陷檢測系統(tǒng)</p><p><b>　　設(shè)計</b></p><p>　　機械工程 學(xué) 院 機械工程及其自動化 專 業(yè)</p><p>　　學(xué) 號 0401080101</p><

2、p>　　姓 名 陳問渠 </p><p>　　指導(dǎo)老師 周德強講師</p><p><b>　　二〇一二年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　檢測對于壓力容器生產(chǎn)及使用的重要性一直被人們所關(guān)注。而近些年，為了降低檢測工作

3、的勞動強度、提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測過程的自動化更是成為研究的重點。作為一項新的電磁檢測技術(shù)，脈沖電磁檢測擁有較高的自動化程度，不需要對壓力容器表面進(jìn)行打磨處理，既能發(fā)現(xiàn)表面和近表面裂紋的缺陷外，又可從外部發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)部的腐蝕坑等缺陷，使得脈沖電磁檢測技術(shù)在壓力容器在線檢測上得到越來越多的關(guān)注。</p><p>　　論文首先介紹了脈沖電磁檢測技術(shù)的研究背景，其次是脈沖電磁檢測技術(shù)的特點以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對

4、檢測系統(tǒng)的整體框架、脈沖電磁檢測系統(tǒng)的工作原理及其理論基礎(chǔ)進(jìn)行了說明。然后基于脈沖電磁檢測技術(shù)理論，設(shè)計了一套脈沖電磁檢測系統(tǒng)用于鐵磁性材料的壓力容器缺陷的檢測。由于金屬裂紋是最常見的金屬缺陷之一，因此本課題主要利用所設(shè)計的檢測系統(tǒng)定量檢測鐵磁性試件裂紋的深度。該脈沖電磁檢測系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個部分。其中硬件部分由信號發(fā)生器、功率放大電路、激勵線圈、傳感器、信號放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機組成；軟件部分使用LABVIEW實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采

5、集、濾波，MATLAB對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理。通過實驗，發(fā)現(xiàn)渦流峰值與金屬裂紋深度之間有關(guān)聯(lián)，據(jù)此可以對金屬裂紋深度進(jìn)行量化判斷。</p><p>　　最后，對本文所設(shè)計的工作進(jìn)行了總結(jié)、分析其不足，并對進(jìn)一步研究進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：脈沖電磁檢測，傳感器，信號采集與處理</p><p><b>　　ABSTRACT</b>&

6、lt;/p><p>　　The importance of detection for the production and the use of pressure vessels have been concerned in recent years. In order to reduce the labor intensity of the detection and to improve the accurac

7、y of test results, the automation of the detection is to become the focus of the study. As a new electromagnetic detection technology, pulsed electromagnetic detection has a high degree of automation, which does not need

8、 polish the surface of pressure vessels and is able to find the defects of the sur</p><p>　　Firstly, the paper introduces the background of pulsed electromagnetic detection technology, the characteristics an

9、d research status, and describes the overall framework and the working principle as well as theoretical based on the detection system. And then based on the technical theory of pulsed electromagnetic detection, a pulsed

10、electromagnetic detection system for the detection of the pressure vessel defects is designed. As the metal crack is one of the most common metal defects, the main s</p><p>　　Finally, in conclusion, the thes

11、is analyzes the shortage, and gives prospect for future research on this basis.</p><p>　　Key words: pulsed electromagnetic detection, sensors, signal acquisition and processing目 錄</p><p>　　第一章 緒

12、論。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p><p>　　1.1 研究的背景與意義。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p>

13、<p>　　1.2 脈沖電磁檢測技術(shù)的特點。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

14、。2</p><p>　　1.4 課題主要研究內(nèi)容。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3</p><p>　　1.4.1 傳感器的設(shè)計與調(diào)試。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

15、。。。。。。。。。。。。。。。。。3</p><p>　　1.4.2 信號的采集。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4</p><p>　　1.4.3 信號的分析及處理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

16、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4</p><p>　　1.5 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

17、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.1 渦流效應(yīng)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

18、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.2 霍爾效應(yīng)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)

19、工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

20、。6</p><p>　　2.2.1 探頭的設(shè)計。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　　2.2.2 信號發(fā)生器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

21、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8</p><p>　　2.2.3 功率放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8</p><p>　　2.2.4 信號放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

22、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10</p><p>　　2.2.5 傳感器整體設(shè)計。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11</p><p>　　2.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。。。

23、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12</p><p>　　2.3 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14</p&

24、gt;<p>　　第三章 數(shù)據(jù)采集.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15</p><p>　　3.1 試塊介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

25、。。。。。。。。。。。。15</p><p>　　3.2 軟件介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15 3.3 實驗步驟。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

26、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17</p><p>　　3.4 采集程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19</p><p>　　3.5 實驗結(jié)果。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

27、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22</p><p>　　3.6 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22</p><p>

28、;　　第四章 數(shù)據(jù)處理及分析.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24</p><p>　　4.1 軟件介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23</p&g

29、t;<p>　　4.2 程序編寫。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)處理及分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

30、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25</p><p>　　4.4 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。31</p><p>　　第五章 總結(jié)及展望.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

31、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1 總結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1.1 全文主要研究內(nèi)容。。。。。。。。。。

32、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1.2 存在的不足。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5

33、.2 展望。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　參考文獻(xiàn).。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

34、。。。。。。。。。33</p><p>　　致謝。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。34</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究的背景與意義

35、</p><p>　　壓力容器是用來裝載壓力介質(zhì)，也即流體介質(zhì)壓力的密閉容器。一旦發(fā)生爆炸或泄漏，極有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等污染環(huán)境危害安全的災(zāi)難性事故。所以確保壓力容器的安全性能相對于其他工業(yè)設(shè)備尤為嚴(yán)格[5]。</p><p>　　為了預(yù)測預(yù)防上述災(zāi)難的發(fā)生，檢驗成為保障壓力容器安全的必要環(huán)節(jié)。壓力容器定期檢驗規(guī)則第四條規(guī)定：壓力容器定期檢驗工作包括全面檢驗和耐壓試驗[17]。其中

36、全面檢驗是指壓力容器停機時的檢驗，應(yīng)當(dāng)由國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的檢驗機構(gòu)進(jìn)行[9]。其檢驗周期為：</p><p>　　1.安全狀況等級為1、2級的，一般每6年一次；</p><p>　　2.安全狀況等級為3級的，一般3～6年一次；</p><p>　　3.安全狀況等級為4級的，其檢驗周期由檢驗機構(gòu)確定[11]。</p><p>　　長期在疲勞載荷

37、、內(nèi)外部工作介質(zhì)的作用下，金屬壓力容器容易在熱影響區(qū)和焊縫等部位產(chǎn)生表面裂紋。目前應(yīng)用于定期檢測表面裂紋的方法較多為磁粉檢測（鐵磁性材料）和滲透檢測（非鐵磁性材料）。這兩種方法在檢測過程中都必須對被檢表面進(jìn)行打磨處理，以除去表面的油漆、噴涂等防腐層和氧化物介質(zhì)。而往往在定期檢測后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)有95%以上的金屬壓力容器并未存在任何缺陷損傷，即使存在也只是幾處，占焊縫總長的1 %以下。如此一來，用這些檢測方法耗時勞力，并且削薄了壓力容器的

38、厚度。更值得一提的是，由于絕大部分在用壓力容器不能進(jìn)行打磨，因此這兩種方法均不能用于壓力容器的在線檢測[7]。</p><p>　　現(xiàn)代檢測手段傾向于無損檢測，即在對容器無損壞的情況下，以物理或化學(xué)的方法，利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備儀器，對容器內(nèi)部和表面的缺陷進(jìn)行檢測[6]。本課題所研究的脈沖電磁檢測技術(shù)是一種新型的電磁無損檢測技術(shù)，其有效的集成了漏磁檢測和脈沖渦流檢測各自的優(yōu)點，不需要對壓力容器表面進(jìn)行打磨處理，可以

39、減少不必要的停車，降低檢驗成本，還能對缺陷深度等進(jìn)行定量，在壓力容器缺陷檢測中具有明顯的優(yōu)越性[16]。</p><p>　　1.2 脈沖電磁檢測技術(shù)的特點</p><p>　　將一個周期的寬帶脈沖（一般為一定占空比的方波）作為激勵電流施加給激勵線圈，繼而感應(yīng)生成一個快速衰減的脈沖磁場，金屬試件內(nèi)部因此感生出瞬時渦流，此瞬時脈沖渦流又感應(yīng)出一個快速衰減的渦流磁場，線圈的脈沖磁場與試件的渦流

40、磁場相互作用，導(dǎo)致磁傳感器檢測到的電壓輸出會隨著時間不斷變化。可以得知，試件的缺陷部位感生出的渦流磁場與完好部位感生出的渦流磁場強度必然不一致，從而可以從輸出電壓的變化大小檢測出缺陷的位置及深度等參數(shù)。</p><p>　　漏磁檢測技術(shù)即是將鐵磁性試件局部磁化，試件表面及近表面的缺陷會使材</p><p>　　料內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線發(fā)生畸變，逸出表面形成漏磁場。通過檢測此漏磁場的強度大小就可以

41、判斷缺陷的位置、尺寸等相關(guān)參數(shù)。漏磁檢測易于實現(xiàn)自動化、可靠性高、無污染、對試件表面清潔度要求不高，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、石化等領(lǐng)域[2]。</p><p>　　本課題所研究的鐵磁性材料缺陷檢測系統(tǒng)應(yīng)用的檢測方法即是綜合脈沖渦流檢測和漏磁檢測的脈沖電磁檢測技術(shù)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　?。?）脈沖電磁檢測是通過對輸出電壓的特征值的提取來分析缺陷的位置、尺寸，繼而

42、定量判斷缺陷相關(guān)參數(shù)。</p><p>　?。?）脈沖電磁檢測的激勵信號為一定占空比的方波，傳統(tǒng)渦流檢測采用的是頻率單一的正弦電流。相比較而言，由于方波的占空比較低，如此一來線圈也不會因為高電流的存在導(dǎo)致能量持續(xù)耗散以致耗損，于是便可使用更大的瞬時功率產(chǎn)生出更大范圍變化的感應(yīng)磁場，輸出電壓變化也更易檢測。</p><p>　?。?）較于超聲檢測、射線檢測、磁粉探傷、滲透探傷等而言，脈沖電磁

43、檢測成本較低、對人體及環(huán)境無惡性影響，且不需要耦合介質(zhì)、對被檢試件無損傷。</p><p>　　（4）由于檢測信號是電信號，所以可對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理，然后存儲、再現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理和比較[4]。</p><p>　　與此同時，脈沖電磁檢測方法也有著一定的缺憾，如檢測深度受限等。目前脈沖電磁檢測技術(shù)尚處于研究發(fā)展?fàn)顟B(tài)，未來還需更多努力。</p><p>　　1.3 國

44、內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著當(dāng)今科技的飛躍進(jìn)展，電磁檢測技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)前具代表性的PECT（脈沖渦流檢測）儀器為GE 檢測生產(chǎn)的PULSEC便攜式脈沖渦流探傷儀。該儀器將陣列渦流與脈沖渦流技術(shù)相結(jié)合，大大提高了靈敏度、分辨率以及檢測效率，非常適合航空工業(yè)中的各項在役檢測工作。儀器使用了基于巨磁電阻效應(yīng)的脈沖渦流陣列技術(shù)，基于這種技術(shù)的探頭即使在低

45、頻狀態(tài)下也具有很高的靈敏度和深度分辨率，故儀器可檢測4層鋁板( 如飛機機身多層鋁合金板) 中的每一層的腐蝕缺陷。儀器還采用了獨特的手持式X 編碼陣列探頭，可對大表面工件進(jìn)行快速檢測。</p><p>　　近年，國內(nèi)對脈沖渦流檢測技術(shù)的研究也逐步走向成熟。例如，愛德森( 廈門) 電子有限公司生產(chǎn)的EEC-83智能帶保溫層管壁腐蝕檢測儀就是利用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生脈沖渦流和多頻渦流，突破了傳統(tǒng)檢測方式的局限，能夠有效地

46、檢測隔熱層下的鋼管壁厚腐蝕程度。</p><p>　　目前，國外具有代表性的漏磁檢測裝置主要生產(chǎn)廠家有德國FOERSTER 研究所、日本的島津制作所及美國的AMFTU BOSCOPE 公司等。</p><p>　　德國FOERSTER的主要漏磁檢測裝置有ROTOMAT 、TRANSOMAT。ROTOMAT采用直流磁化，傳感器裝置高速旋轉(zhuǎn)采集信號?？捎糜跈z測外徑為20mm-520mm 鋼管(

47、石油鋼管和鍋爐管) 的深度不小于5%壁厚內(nèi)外壁縱向缺陷。TRANSOMAT 采用直流磁化，用于檢測外徑為26mm-440mm的鋼管(石油鋼管和鍋爐管)的深度不小于5%壁厚內(nèi)外壁橫向缺陷。</p><p>　　通常用于縱向缺陷檢測的ROTOMAT探傷機與橫向缺陷檢測的TRANSOMAT 探傷機同時裝備在一條生產(chǎn)線上,可對鋼管進(jìn)行全面快速探傷。</p><p>　　日本的SAM系統(tǒng)采用磁敏二極

48、管作為檢測元件,自動化程度很高,可用于熱軋鋼棒和鋼管的檢測。SAM 系統(tǒng)能可靠地檢出深度為0.3mm以上的自然缺陷,信噪比高達(dá)10。SAM系統(tǒng)有許多不同的型號,磁化電流為直流或交流。對于直徑為50mm-100mm 的鋼棒,檢查速度高達(dá)30t/h-70t/h。</p><p>　　美國的漏磁探傷裝置主要用于石油工業(yè)無縫鋼管的無損探傷,其中SON OSCOPE 能檢出深度為壁厚5%的外壁缺陷和深度為壁厚12.5%的內(nèi)

49、壁缺陷,采用檢測線圈能分辨出內(nèi)外壁缺陷。隨著油氣管道質(zhì)量問題的出現(xiàn)和如何確保重要管道(如海底管道)運行質(zhì)量問題的提出,漏磁檢測技術(shù)被大量地用于管道檢測,成為管道檢測的核心技術(shù)。采用漏磁技術(shù)的“管道豬”可在地下管道中爬行300km, 能可靠地檢測出深度為壁厚10%的缺陷。在這一方面,加拿大、英國、美國等都進(jìn)行了大量研究。</p><p>　　國內(nèi)在開發(fā)研制漏磁檢測設(shè)備方面也做了不少工作,例如：</p>

50、<p>　　愛德森( 廈門) 電子有限公司研制的便攜式管道腐蝕漏磁檢測系統(tǒng)、儲罐底板漏磁檢測儀以及管道集成漏磁檢測智能系統(tǒng)。</p><p>　　華中科技大學(xué)康宜華教授研發(fā)的漏磁檢測設(shè)備已廣泛應(yīng)用在油田的油管、抽油桿等部件的檢測中。</p><p>　　彭有根研制了鋼筋缺陷檢測裝置,采用直流線圈磁化螺紋鋼筋,其檢測傳感器為線圈,可檢測出最小缺陷的截面積為,檢測速度為1.6m/s

51、。</p><p>　　徐章遂等人在國家自然科學(xué)基金資助下,研究了厚壁鋼管裂紋定量檢測問題, 并與空軍第一研究所耿榮生等人合作研制出JFY-1A的漏磁裂紋檢測儀,首次實現(xiàn)了螺栓孔裂紋定量檢測,用于解決飛機無損檢測中的難點問題。</p><p>　　沈陽工業(yè)大學(xué)楊理踐教授成功研發(fā)的帶爬行豬的智能漏磁檢測系統(tǒng)已開始在我國西氣東輸?shù)妮斢凸艿篱L距離檢測中應(yīng)用[14]。</p><

52、;p>　　1.4 課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本課題主要利用脈沖電磁檢測原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出一套可用于鐵磁性材料缺陷檢測的系統(tǒng)，其中包括傳感器的制作、數(shù)據(jù)的采集、信號的處理及分析。</p><p>　　1.4.1 傳感器的設(shè)計與調(diào)試</p><p>　　傳感器的設(shè)計包括功率放大器以及信號放大電路的選取和調(diào)試、檢測探頭的設(shè)計（其中包括線圈的繞制和磁

53、傳感器的選?。?，以此完成磁傳感器在鐵磁性試件上采集得到所需電信號。</p><p>　　1.4.2 信號的采集</p><p>　　實驗中使用美國NI公司生產(chǎn)的PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，軟件部分選擇LABVIEW進(jìn)行采集程序的編寫，包括信號采集、濾波、數(shù)據(jù)的記錄等，采集到的數(shù)據(jù)為下一步的處理作準(zhǔn)備。</p><p>　　1.4.3 信號的分析與處理</p

54、><p>　　本課題采用MATLAB對上一步采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，以此得到鐵磁性試件不同部分檢測到的信號特征值大小的不同，從而判斷得到缺陷的深度的不同。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　脈沖電磁檢測技術(shù)是一項新型的無損檢測技術(shù)，有著很好的發(fā)展前景。本章介紹了其研究背景及意義，對脈沖電磁檢測的特點進(jìn)行闡

55、述，并分析了國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，最后提出了本課題研究的主要內(nèi)容[15]。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　2.1.1 渦流效應(yīng)</p><p>　　金屬試塊內(nèi)部在變化的磁場下產(chǎn)生一圈一圈的電流，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦

56、流現(xiàn)象[8]。</p><p>　　圖2.1 渦流效應(yīng)示意圖</p><p>　　工業(yè)上利用足夠大的電力在導(dǎo)體中產(chǎn)生很大的渦流，導(dǎo)體中電流可以發(fā)熱，使金屬受熱甚至熔化。根據(jù)此原理制造了感應(yīng)爐，用來冶煉金屬。在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場的線圈，線圈的中間放置一個耐火材料（例如陶瓷）制成的坩堝，用來放有待熔化的金屬。渦流感應(yīng)加熱的應(yīng)用很廣泛，如用高頻感應(yīng)爐冶煉金屬，用高

57、頻塑料熱壓機過塑，以及把渦流熱療系統(tǒng)用于治療，金屬材料學(xué)中常用于感應(yīng)淬火、感應(yīng)退火等方法來提高工件的表面硬度與耐磨性[4]。</p><p>　　2.1.2 霍爾效應(yīng)</p><p>　　霍爾傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的傳感器。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件，它是一種半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換元件，一般由鍺、鏑化銦、砷化銦等半導(dǎo)體材料制成。如圖2.2所示，將霍爾元件置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中

58、，如果在激勵電流端a、b通以電流i，在c、d端將產(chǎn)生霍爾電勢，其大小為：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　上式中 —霍爾系數(shù)，決定于材質(zhì)、溫度、元件尺寸；</p><p>　　—電流與磁場方向的夾角。</p

59、><p>　　圖2.2 霍爾元件及霍爾效應(yīng)原理</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的一定頻率和大小的脈沖方波信號，通過功率放大器對信號進(jìn)行放大以達(dá)到檢測線圈正常工作的范圍，檢測線圈中感應(yīng)生出快速衰減的脈沖磁場，由金屬試件表面及內(nèi)部也產(chǎn)生不同強度的渦流，此渦流同時也感生出一個快速衰減的渦流磁場，渦流磁場與脈沖磁場相互作用得

60、到復(fù)合磁場，通過磁傳感器檢測出復(fù)合磁場強度的大小，再將此檢測得到的信號經(jīng)過信號放大器得到一定電壓范圍的電信號，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，信號在PC機上通過LABVIEW采集程序進(jìn)行采集濾波，最終經(jīng)由MATLAB分析處理，得出缺陷的具體尺寸等參數(shù)[10]。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成</b></p><p>　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p>

61、<p>　　圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　整個實驗系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個部分。其中硬件部分由信號發(fā)生器、探頭、試件、傳感器（功率放大電路及信號放大電路）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成[13]。</p><p>　　2.2.1 探頭的設(shè)計</p><p>　　實驗中探頭制作包括線圈的繞制和磁傳感器的選取。</p><p>　

62、　線圈骨架選擇圓柱形磁芯。圓柱體內(nèi)徑10mm，外徑18mm，高26mm。鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，具有易磁化易退磁、抗干擾的特點。就電特性來說，鐵氧體的電阻率比金屬、合金磁性材料大得多，而且還有較高的介電性能。鐵氧體的磁性能還表現(xiàn)在高頻時具有較高的磁導(dǎo)率。故鐵氧體已成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料。</p><p>　　繞線為直徑為0.36mm漆包線，遵循緊密齊的準(zhǔn)則繞制了匝數(shù)為900的線圈。繞

63、制完成后，用黑色膠袋包裹。磁傳感器目前應(yīng)用較多的為檢測線圈、霍爾（Hall）傳感器、磁阻（MR）傳感器、巨磁阻（GMR）傳感器和超導(dǎo)量子干涉（SQUIDS）。由于脈沖電磁檢測技術(shù)中用到的是低頻信號，而檢測線圈一般適用于高頻信號，所以不在選擇之列；磁阻傳感器與巨磁阻傳感器元件特性較為復(fù)雜，且輸出電壓與復(fù)合磁場之間是非線性關(guān)系，故也不予考慮；而超導(dǎo)量子干涉器價格昂貴，受實驗經(jīng)費的限制無法使用。本實驗中選取HONEYWELL公司推出的SS49

64、5A型霍爾元件。</p><p>　　如圖2.4所示，該元件廣泛應(yīng)用于儀器儀表、無刷直流電機、家用電表、焊接設(shè)備、售賣機、家用電氣、電腦等產(chǎn)品上面。這種霍爾元件具有體積小巧（0.16x0.118″）、低功耗（7mA ，5VDC）、工作溫度范圍廣（-40~+150）、線性輸出、無磁場滯后效應(yīng)的特點。而且，其方塊形的器件有助于提供穩(wěn)定的輸出；其內(nèi)部含有激光修正的薄膜電阻，可以提供精確的靈敏度和溫度補償?shù)膬?yōu)勢。<

65、/p><p>　　圖2.4 SS495A引腳說明</p><p>　　將霍爾傳感器與線圈骨架固定在一起，霍爾傳感器位于鐵氧體磁芯正中心底部，探頭（圖2.5）便制作完成。</p><p><b>　　圖2.5 探頭</b></p><p>　　2.2.2 信號發(fā)生器</p><p>　　目前函數(shù)發(fā)生器的

66、應(yīng)用越來越廣泛，它產(chǎn)生的激勵信號信噪比小、波形穩(wěn)定且多樣。本實驗需要一個能發(fā)生脈沖方波的裝置，故選用VD1641型函數(shù)發(fā)生器，如圖2.6所示。</p><p>　　VD1641函數(shù)發(fā)生器主要特點如下：</p><p>　　1） 輸出頻率在 0.1Hz～2MHz 之間可調(diào)；</p><p>　　2） 占空比在 10%～90%之間任意可調(diào)；</p><

67、;p>　　3） 具有正弦波、三角波、方波、鋸齒波、脈沖波、TTL。</p><p>　　圖2.6 VD1641函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　2.2.3 功率放大器</p><p>　　一般情況下，函數(shù)發(fā)生器給出的激勵信號功率比較小，不足以使得激勵線圈中感生出強度較大的磁場，所以實驗中必須外接一個功率放大器來生成合適大小的激勵信號以滿足要求。LM1875功率放

68、大器的低失真和高性能滿足實驗需要，故選用其作為本系統(tǒng)的功率放大器，引腳圖如下圖2.7所示：</p><p>　　圖2.7 LM1875引腳圖</p><p><b>　　其主要特性如下：</b></p><p><b>　　1）高增益；</b></p><p>　　2）輸出電壓范圍寬：16V-60V

69、；</p><p>　　3）寬帶寬：70kHz；</p><p><b>　　4）高轉(zhuǎn)換速率。</b></p><p>　　相應(yīng)的功率放大電路如圖2.8所示[3]，其中用于調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，、、組成高通濾波電路對方波信號進(jìn)行濾波，濾除信號中的直流成分。</p><p>　　圖2.8 LM1875電路圖</p&g

70、t;<p>　　根據(jù)上述放大電路焊接出的實物圖如下圖2.9所示：</p><p>　　圖2.9 LM1875實物圖</p><p>　　2.2.4 信號放大器</p><p>　　經(jīng)霍爾傳感器輸出的是微小電壓信號，因此必須對這個微小信號進(jìn)行放大處理之后，得到適合數(shù)據(jù)采集卡的輸入范圍，使得采樣信號的信噪比盡可能的提高。</p><p&

71、gt;　　此次選用的是ANALOGDEVICES的INA129儀用放大器作為信號放大芯片。INA 129是該公司推出的一款是低功耗、高精度的通用儀表放大器，并具有如下特點：</p><p>　　1）使用方便，只需接入一個電阻就可以改變放大倍數(shù)；</p><p>　　2）放大范圍大，可以高達(dá)1000 倍；</p><p>　　3）高共模抑制比（CMR）， 最小可達(dá) 1

72、20dB；</p><p>　　4）適合精度要求較高的場合。</p><p>　　在引腳1和引腳8之間外接一個電阻RG可對增益進(jìn)行設(shè)置：</p><p>　?。?-2） </p><p>　　電容C9和電阻R6、R7組成的高通濾波電路主要是用來濾除信號中的直流分量。引腳 5（REF）是放

73、大器輸出的參考標(biāo)準(zhǔn)，該引腳通常被接地，但是必須使用低阻抗的引線以確保良好的共模抑制比。</p><p>　　引腳圖如下圖2.10所示：</p><p>　　圖2.10 INA129引腳圖</p><p>　　電路圖如下圖2.11所示：</p><p>　　圖2.11 INA129電路圖</p><p>　　根據(jù)上述電路

74、圖焊接制作的INA129信號放大器的實物圖如下圖2.12所示：</p><p>　　圖2.12 放大器實物圖</p><p>　　2.2.5 傳感器整體設(shè)計</p><p>　　傳感器整體設(shè)計的電路圖（圖2.13）如下：</p><p>　　圖2.13 整體電路</p><p>　　依據(jù)電路圖完成傳感器整體（圖2.14

75、）的焊接制作：</p><p>　　圖2.14傳感器整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　電路板接線端一共有6根引出線，如電路圖所示，兩根接電源正負(fù)端，兩根接函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的激勵信號，一根為地線，兩根分別為霍爾傳感器輸入及輸出,一根為激勵線圈接入端，剩余兩根為最終輸出信號的正極及接地端。</p><p>　　2.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>

76、　　本實驗所選用的是實驗室的NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（圖2.15）。PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是美國國家儀器公司NI的產(chǎn)品，由CPU控制器、數(shù)據(jù)圖像采集卡、運動控制卡、控制機箱和高校虛擬儀器軟件包等部件組成，主要功能是對各類電信號進(jìn)行采集、分析和控制。</p><p>　　圖2.15 PXI實物圖</p><p>　　圖2.16 NIPXI-6259端口引腳圖</p><p&g

77、t;　　由于需要采集的是霍爾傳感器輸出的電壓信號，故選用NIPXI-6259信號采集卡，并選擇AI0(68)作為信號正輸入端，AI GND(67)作為接地端，其端口引腳如圖2.16所示。</p><p>　　NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持多種軟件開發(fā)環(huán)境，此次設(shè)計采用LABVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及濾波程序的編寫。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b><

78、;/p><p>　　本章對脈沖電磁檢測的原理進(jìn)行介紹，在此理論基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架。再對系統(tǒng)硬件部分，包括信號發(fā)生器、功率放大部分、信號放大部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等進(jìn)行逐一介紹。</p><p><b>　　第三章 數(shù)據(jù)采集</b></p><p><b>　　3.1 試塊介紹</b></p><p>

79、;　　根據(jù)金屬的磁導(dǎo)率不同，可將金屬劃分為鐵磁性金屬及非鐵磁性金屬。非鐵磁性金屬導(dǎo)電不導(dǎo)磁，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，而磁效應(yīng)很微弱；鐵磁性金屬既導(dǎo)電也導(dǎo)磁，具有渦流效應(yīng)，同時也產(chǎn)生磁效應(yīng)。本課題研究的是磁性材料的缺陷檢測，故選用鐵板試件。</p><p>　　在進(jìn)行實驗前的準(zhǔn)備階段，事先請校工廠的老師幫忙加工好一塊寬度相同深度不同的鐵板試件，尺寸如圖3.1所示。</p><p><b>

80、;　　圖3.1 試件尺寸</b></p><p>　　加工后的實物圖如下：</p><p>　　圖3.2 試塊實物圖</p><p>　　其中，每段缺陷間隔長度為10cm，厚度1cm，寬度5cm，缺陷寬度0.5cm；深度分別為2mm、4mm、6mm、8mm。</p><p><b>　　3.2 軟件介紹</b>

81、;</p><p>　　由NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信號采集，采集程序則選擇使用LABVIEW進(jìn)行編寫。LABVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，與 C和BASIC一樣，LABVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LABVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等等。LABVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以&

82、lt;/p><p>　　動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。</p><p>　　LABVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LABVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖

83、中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LABVIEW 的程序模塊。 </p><p>　　LABVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LABVIEW 中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LABVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖

84、代碼。</p><p>　　學(xué)習(xí)了LABVIEW中關(guān)于數(shù)據(jù)采集的相關(guān)知識后，針對實驗所需編寫了如下程序：</p><p>　　LABVIEW界面包括前面板及程序框圖，前面板（圖3.3）用于為用戶觀察提供直觀的顯示圖，程序框圖（圖3.4）進(jìn)行程序的設(shè)計編寫。整個程序包括DAQ助手進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、filter濾波、取均值、波形圖及采樣相關(guān)系數(shù)的顯示、寫入測量文件等幾個部分。具體的參數(shù)值確定在下一

85、章進(jìn)行介紹。</p><p><b>　　圖3.3 前面板</b></p><p><b>　　圖3.4 程序框圖</b></p><p><b>　　3.3 實驗步驟</b></p><p>　　(1)電路各部分的測試</p><p>　　首先連好電源

86、線與激勵信號連線，打開示波器，將示波器1通道連至激勵信號兩端，2通道連在LM1875功率放大器的輸出端。實驗中使用直流—直流轉(zhuǎn)換模塊（24V/15V）提供功率放大器的工作電壓。打開電源，調(diào)節(jié)電壓值至24V，此時LM1875得到的電壓為15V開始正常工作。打開函數(shù)發(fā)生器，調(diào)節(jié)頻率至1000Hz,波形選擇方波，幅值4V左右，觀察示波器1通道波形是否與激勵信號一致，再觀察2通道波形是否相對激勵信號被放大，調(diào)節(jié)放大電路上的變阻器同時觀察示波器獲

87、得實驗所需的放大倍數(shù)，同時控制電壓范圍在以內(nèi)。</p><p>　　確定功率放大電路正常后，將激勵信號正負(fù)端接至信號放大電路輸入端，同時將示波器1通道同樣接至輸入端，再將示波器2通道接至輸出端。同樣使用直流—直流轉(zhuǎn)換模塊（24V/15V）提供信號放大器的工作電壓，用萬用表測量4、7引腳工作電壓是否為15V。接下來如上，觀察示波器兩個通道的波形是否存在放大關(guān)系，同時控制電壓范圍在以內(nèi)。</p><

88、;p>　　確定放大電路都是正?？捎煤螅凑针娐穲D連接上線圈及霍爾傳感器，確保所有連線正確連好之后，將示波器1通道接入霍爾傳感器輸出端，2通道連至信號放大器輸出終端。由函數(shù)發(fā)生器給出激勵信號，觀察示波器波</p><p>　　形是否正常，將探頭提起放下以及放在不同部位，看此時的波形是否變化，如果一切在允許范圍內(nèi)規(guī)律正常，則整個傳感器可用。</p><p>　　接下來調(diào)試編寫的LABVI

89、EW采集程序是否可用。設(shè)置好采樣數(shù)、采樣頻率及延遲時間，先采集在空氣中的波形以判斷是否可用。再將激勵信號兩端連接至采集接口，給出一定頻率及波形的信號，開始采集，觀察采集得到的信號是否一致，濾波器是否有效。</p><p><b>　?。?）實驗步驟</b></p><p>　　檢驗過所有的部分后，開始實驗采集程序。</p><p>　　連接好所

90、有連線后，打開電源調(diào)節(jié)電壓至24V，激勵信號選擇頻率為1000Hz的方波，幅值大小為4V。此時觀察探頭是否具有磁效應(yīng)。判斷探頭開始工作后，觀察示波器波形隨探頭提離高度及在試件上不同位置是否存在變化。繼而將探頭放置在試件無缺陷處，觀察輸出電壓值大小，調(diào)節(jié)信號放大器放大倍數(shù)，使得最終輸出電壓值在內(nèi)以滿足NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6259信號采集卡的要求。最后設(shè)置好采樣率采樣數(shù)及延遲時間、測量文件的保存位置，開始采集無缺陷處及各個缺陷處的輸出信

91、號。將采集得到的信號載入MATLAB，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及特征值分析，最終判斷缺陷深度與信號峰值的關(guān)系。</p><p>　　整個實驗過程如下圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5a 實驗現(xiàn)場圖</p><p>　　圖3.5b 實驗現(xiàn)場圖</p><p><b>　　3.4 采集程序</b></p><

92、;p>　　通過LABVIEW編寫的采集程序包括兩個模塊：一個是信號的采集，一個是信號的濾波。信號的采集通過DAQ助手進(jìn)行編寫，信號的過濾選用Butterworth濾波器。</p><p>　　整體程序的編寫過程如下：</p><p>　　1．打開新建的空白VI。</p><p>　　2．在程序框圖中，打開函數(shù)選板并選擇Express» 輸入，顯示輸入

93、選板。</p><p>　　3．在輸入選板中選擇“DAQ 助手” Express VI，放置在程序框圖上，如圖3.6所示。打開DAQ 助手，顯示新建Express 任務(wù)對話框。</p><p>　　4．單擊采集信號» 模擬輸入，顯示模擬輸入選項。</p><p>　　5．選擇電壓，新建電壓模擬輸入任務(wù)。對話框可顯示已安裝DAQ 設(shè)備的通道列表。列表中通道的

94、數(shù)量由DAQ設(shè)備實際的通道數(shù)量決定，實驗選用選擇NI-PXI系統(tǒng)6259通道</p><p>　　6．在支持物理通道列表中，選擇設(shè)備與信號連接的物理通道ai0，單擊完成按鈕。DAQ 助手打開的對話框可顯示選定要完成任務(wù)的通道的配置選項（圖3.7）。</p><p>　　7. 在DAQ 助手對話框中，選擇配置選項卡，找到電壓輸入設(shè)置欄。</p><p>　　8. 單擊

95、設(shè)置選項卡。在信號輸入范圍中，分別設(shè)置最大值和最小值為10 和-10。</p><p>　　圖3.6 DAQ助手框圖</p><p>　　圖3.7 DAQ參數(shù)設(shè)置圖</p><p>　　12．打開函數(shù)控制面板，選擇信號處理»濾波器»Butterworth濾波器，放置在程序面板上，雙擊濾波器打開參數(shù)設(shè)置界面（圖3.8），選擇低通濾波模式。</

96、p><p>　　13. 采樣頻率必須大于0，默認(rèn)值為1.0；濾波器類型為低通時VI自動忽略高截止頻率；低截止頻率默認(rèn)值為0.125，參數(shù)設(shè)置面板見圖3.8，添加波形圖顯示控件。</p><p>　　14.添加均值控件，對濾波后的信號取均值，添加波形圖顯示控件。</p><p>　　15.添加三個寫入測量文件控件，分別與DAQ助手?jǐn)?shù)據(jù)輸出、均值輸出及濾波后信號輸出連接。&

97、lt;/p><p>　　整個程序框圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.8 濾波器參數(shù)設(shè)置面板</p><p><b>　　圖3.9 程序框圖</b></p><p><b>　　3.5 實驗結(jié)果</b></p><p>　　由于激勵信號頻率為1000Hz，為了保證實驗的

98、準(zhǔn)確性和精度，必須保證采集信號的諧波分量不少于激勵信號的9次諧波，即不小于9000Hz，故實驗中選取采樣率為100000Hz，收集10個周期的數(shù)據(jù)，即樣本數(shù)為1000，延遲時間選擇0.25s即可[1]。</p><p>　　設(shè)置好濾波前采集數(shù)據(jù)以及濾波后采集數(shù)據(jù)的存儲路徑</p><p>　　采集得到的信號如下圖3.10所示：</p><p>　　圖3.10 采集結(jié)

99、果</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先對鐵磁性試件、LABVIEW軟件進(jìn)行介紹，再具體描述采集過程的實驗步驟，并對采集程序的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹，最后給出實驗結(jié)果，即采集到的信號。</p><p>　　第四章 數(shù)據(jù)處理及分析</p><p><b>　　4.1 軟件介

100、紹</b></p><p>　　本次設(shè)計最終所得到的實驗數(shù)據(jù)采用MATLAB進(jìn)行處理及分析。MATLAB是由美國MATHWORKS公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很

101、大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。</p><p><b>　　它的特點在于：</b></p><p>　　1）友好的工作平臺編程環(huán)境</p><p>　　MATLAB由方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件的工具組成，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB

102、桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進(jìn)行出錯原因分析。</p><p>　　2）簡單易用的程序語言</p><p>　　用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運行。

103、這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。</p><p>　　3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力</p><p>　　4）出色的圖形處理功能</p><p>　　MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。對一些特殊的可視化要求，例如圖形

104、對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。</p><p>　　4)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱</p><p>　　MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。</p><p>　　5)實用的程序接口和發(fā)布平臺<

105、;/p><p>　　MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。</p><p>　　6)應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）</p><p>　　在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便

106、地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。</p><p>　　MATLAB的優(yōu)勢還有很多，限于文章篇幅本文中不再繼續(xù)一一列舉。實驗所需的是利用MATLAB的處理及分析功能完成對測量值的分析，并以此判斷缺陷的尺寸參數(shù)，這一過程的實現(xiàn)也較為容易。</p>

107、<p><b>　　4.2 程序編寫</b></p><p>　　后期的數(shù)據(jù)分析及處理采用MATLAB進(jìn)行。此過程中主要針對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，觀察差分后的信號各自峰值的大小關(guān)系，從而判斷出脈沖電磁檢測對缺陷深度的檢測可行性。</p><p>　　由于濾波后數(shù)據(jù)的保存文件是依據(jù)缺陷深度大小命名，故在MATLAB中依次載入文件時，定義名稱依次為x0、x2、x

108、4、x6、x8。定義與原始信號x0差分后的信號名稱依次為x1、x3、x5、x7，各組差分信號的最大值名稱依次為m12、m14、m16、m18。</p><p>　　則依據(jù)上述定義，編寫的信號差分程序如下：</p><p>　　x12=x0-x2;</p><p>　　x14=x0-x4;</p><p>　　x16=x0-x6;</p&

109、gt;<p>　　x18=x0-x8;</p><p>　　x1=x12(1:500);</p><p>　　x3=x14(1:500);</p><p>　　x5=x16(1:500);</p><p>　　x7=x18(1:500);</p><p>　　plot(x1,'g');ho