Page 54 - 无损检测2023年第四期

赵 敏, 等:
基于地磁异常成像的缺陷检测
异常信号的采集及分析流程图如图9所示, 具体表
述为: 磁异常信号经过传感器采集后, 进行数据平滑
及归一化等预处理, 预处理结果经过阈值或峰谷值
检测从而实现对缺陷定位, 在此基础上, 针对缺陷附
近的信号进行定量分析, 来获得缺陷尺寸信息。
图9 磁异常信号的采集及分析流程图
对于一个待测量的地磁场信号而言, 磁梯度张
量是三维空间下该磁场在3个正交方向上的空间变
化率所形成的张量矩阵, 若记 B 为磁感应强度矢
, , 为其在观测点处的磁感应强度矢量
量, B x B y B z
的3个分量, 则磁场梯度张量矩阵G 可表达为
B x
x x
B y
]
G=
y x
B z
z
B xx B x y B xz
= B y x B yy B y z
B zx B z y B zz
式( 1 ) 是一个3×3的矩阵, 第1 , 2 , 3行3个变
, ,
量分别为待测磁场分量B x B y B z
方向上的空间变化率。
在进行目标定位的实际磁场环境中, 由于不存
在传导电流, 属于无源状态, 根据麦克斯韦方程组,
可知该磁场 B 旋度和散度总是为零, 即
B x B y
B= + +
x y
×B= 0
式中: 为哈密顿算子。
即磁场梯度张量矩阵G 是一个迹为零的 3×3
对称阵, 故可知矩阵 G 中相互独立的分量只有 5
, , , ,
个, 分别为: B xx B yy B x y B xz B y z
过程中, 只需测量得出这5个独立分量的值, 即可得
到观测点的磁梯度张量矩阵。
从检测结果可以看出, 缺陷造成的异常地磁在不
同方向上存在一定的差异, 且其波动范围较大, 单从
原始信号中难以发现缺陷区域的地磁异常。缺陷区
域最直接的参数变化是其磁导率的变化, 即缺陷处的
异常地磁磁场的梯度较大, 利用其在3个方向梯度信
2
0
2023年 第45卷 第4期
无损检测
息的差异可以实现缺陷的地磁检测。
通过对原始地磁信号的3个分量的成像图像进
行分析, 可以发现其中缺陷引起的地磁异常信号( 较
其周围的磁场背景信号) 是一种高频信号, 背景地磁
信号的变化趋于缓和, 而缺陷处地磁信号的波动较
大, 因此可对图像进行梯度分析, 三轴地磁场分量的
梯度分布图像如图10所示。
B x B x
y
B y B y
[ B x B y B z = 图10 三轴地磁场分量的梯度分布图像
y z
缺陷定量检测是指通过对一维或者二维漏磁信
B z
B z
x y z 号进行特征分析找到缺陷尺寸( 长度、 宽度及深度)
z
与信号特征之间的关系, 从而反演出缺陷尺寸的过
程, 只有实现了定量检测才能完整地评估钢板的承
( 1 )
载力和完整性。一般将缺陷简化成一个长方体或圆
柱体模型进行精确反演, 因此, 其主要的反演参数为
长度、 宽度和深度信息, 其中宽度信息是缺陷定量反
在x , , z 三个
y
演的关键点。通过对比不同宽度缺陷的地磁异常信
号, 可以发现, 地磁异常信号的峰峰值之间的间距会
随着宽度的变化而变化, 缺陷的深度信息则会影响
磁场信号的峰峰值大小。
三路地磁场的原始信号如图11所示, 可见, 地
B z
= 0 ( 2 ) 磁场3个分量的原始信号中含有缺陷信号, 缺陷信
z
号一般表现为空间的高频信号, 通过对原始地磁信
( 3 )
号的基线进行滤除, 得到如图12所示的缺陷处的地
磁场波动信号, 通过峰谷值检测算法可以定位缺陷,
其定位方法如下。
f
。在实际测量 ( 1 )设置查找峰值标志位 , 当其为1时, 在检
测数据中查找峰值; 为 0 时, 在检测数据中查找
谷值。
( 2 )设峰值 M f 的初始值为- i , 谷值 M n 的初
始值为 i , 峰谷值的阈值为d 。
( 3 )检测数据的当前值为 D i , 判断当前值 D i
是否大于峰值M f , 若为真, 则令 M f=D i , 记录峰值
点位置为L m f , 否则, M f 保持不变。