Page 117 - 无损检测2024年第八期

项小强，等：

基于交流电磁场的支管角焊缝表面缺陷检测系统

式机箱结构框图如图3所示。电源模块包括锂电池 小于前后的信号值（B i+1 ， B i-1 ），则该位置为一个波
和电源转换模块，锂电池提供+12 V电压，经电源 谷点，然后输出所有波谷的集合W。
转换模块转换后输出为±12 V和+5 V电压，为机 （2）步骤二
箱的各个模块供电；信号发生器输出频率为1 kHz， 寻找每个波谷的起始位置和终止位置，若某位
幅值为1 V的正弦交流信号，经功率放大器放大后 置的前一个值B j 小于该位置的值，则该位置为起始
加载在检测探头内部的载流线圈上，然后TMR传感 位置，若某位置的后一个值B j 小于该位置的值，则
器拾取畸变磁场信号，拾取的信号首先经过信号调 该位置为终止位置，依次得到起始位置的集合 W l
理模块进行放大和滤波处理，然后通过NI-6361型采 和终止位置的集合 W r ，进一步得到起始深度的集
集卡进行A/D（模/数）转换，最后传输至计算机上 合D l 和终止深度的集合D r ，取最大值得到波谷深度
的集合D。
的LabVIEW平台进行处理和显示。
（3）步骤三
设定合适的阈值N，若波谷深度D不大于N，则
判定为噪声信号，在起始位置和终止位置之间进行
3次样条插值，3次样条插值是最常用的插值方法，
其收敛速度快，稳定性好，同时能保证曲线的光滑；
若波谷深度D大于N，则判定为缺陷信号，保留该波
谷的信息，输出信号B 1 。
（4）步骤四
图 3 便携式机箱结构框图 按照相同的步骤，对原始信号进行波峰检测，输
出信号B 2 ，计算信号B 1 和B 2 的平均值，得到最终的
3 软件系统设计
滤波信号B f 。
3.1 平滑滤波算法 3.2 算法验证
在沿角焊缝表面扫描过程中，由于焊缝表面不 为了对比基于峰值检测的平滑滤波算法和其他滤
平整，探头容易发生抖动，传感器拾取的特征信号中 波方法的滤波效果，利用探头获取角焊缝表面的一组
往往存在一定的噪声，不利于缺陷的准确识别。通 原始特征信号，其结果如图5所示，分别利用平滑滤波
常采用逐点均值和巴特沃兹低通滤波等方式消除噪 算法、10点均值滤波和8阶巴特沃兹低通滤波对原始
声信号的干扰 [15] ，逐点均值滤波计算简单，能快速地 特征信号进行滤波，得到滤波后的信号如图6所示。
使曲线变得光滑，但对噪声信号只能削弱而不能消 由图6可知，基于峰值检测的信号平滑滤波算
除，其采用多个数求平均值的计算方式，在削弱噪声 法既保证了信号的平滑，也保留了信号的峰值信息，
的同时，也会削弱缺陷信号的幅值，对于交流电磁场 在不影响缺陷量化精度的情况下，提高了信号的信
检测技术而言，特征信号的峰值是量化缺陷的关键 噪比，消除了噪声信号的干扰，有利于缺陷的准确识
特征，因此，采用逐点均值滤波会影响缺陷量化的精 别。逐点均值滤波整体上削弱了噪声的幅值，使信
度。尽管巴特沃兹低通滤波器具有最平滑的滤波特 号变得较为光滑，但同时也衰减了缺陷信号的幅值，
性，选择合适的截止频率、阶数等参数能达到更好的 不利于缺陷的量化。巴特沃兹低通滤波基本保留了
滤波效果，但探头检测信号中噪声比较复杂，由原始 缺陷信号的峰值信息，但曲线仍然存在较小的噪声。
信号的频谱图中无法获得准确的截止频率，很难从 可见，基于峰值检测的信号平滑滤波算法在不衰减
特征信号中完全分离出噪声。笔者提出一种基于峰 缺陷信号的同时能够很好地消除噪声干扰。
值检测的信号平滑滤波算法，该算法在消除噪声的 3.3 软件设计
同时，能保证特征信号的幅值不衰减。 3.3.1 软件功能及界面设计
具体算法（其流程图见图4）步骤如下。 LabVIEW是一种图形化编程语言，在数据采集
（1）步骤一 和信号处理方面有着显著的优势，编程简单，方便用
获得传感器拾取的原始特征信号B，对特征信 户开发和维护 。笔者基于LabVIEW平台开发了一
[16]
号B进行波谷检测，若某个位置的信号值（B i ）同时 套交流电磁场角焊缝表面缺陷检测软件，以实现缺陷
79
2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测