巴克豪森陣列傳感器及成像方法與流程
2023-06-09 09:15:36
本發明涉及檢測領域，具體而言，涉及一種巴克豪森陣列傳感器及成像方法。
背景技術：
目前，在大量工程現場中，應力無處不在，在應力檢測中，較為成熟的方法是X射線衍射法、盲孔法。X射線衍射法測量準確，但射線輻射較大，且射線設備體積較龐大，適合實驗室使用，對於現場使用較為不便，對於大型零件及運動中瞬態應力測量不便；盲孔法通過在被測物體表面鑽取小孔，通過小孔附近區域的形變而計算得到物體內部應力，其對材料具破壞性且對大面積檢測及應力成像較為困難；因此，迫切需要一種對關鍵部件應力分布及其成像的快速無損檢測手段。
針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種巴克豪森陣列傳感器及成像方法，以至少解決現有技術中無法對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術問題。
根據本發明實施例的一個方面，提供了一種傳感器，包括：外殼；磁軛，設置在所述外殼上，用於導磁；編碼器，設置在所述磁軛上，用於在所述傳感器運動的過程中檢測所述傳感器的位置信息；巴克豪森接收器陣列，用於接收被檢測材料的不同位置的巴克豪森信號，其中，所述巴克豪森接收器陣列包括多個巴克豪森接收器；激勵線圈，設置在所述磁軛上，用於通過交流電進行局部磁化。
進一步地，所述磁軛與所述巴克豪森接收器陣列形成的表面為預設形狀，其中，所述預設形狀由待檢測物體的表面形狀決定。
進一步地，所述多個巴克豪森接收器排成一排或者方陣。
進一步地，所述傳感器還包括：滾輪，設置在所述外殼上。
根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種檢測系統，包括：函數發生器，與功率放大器、計算機均相連，用於產生激勵信號；功率放大器，與所述函數發生器、所述傳感器均相連，用於將所述函數發生器產生的激勵信號進行放大，放大後的激勵信號用於激勵所述傳感器工作；權利要求1至3任一項所述的傳感器，與所述功率放大器、編碼器配套電路、信號處理器均相連，用於接收多路巴克豪森信號；編碼器配套電路，與所述傳感器、所述計算機均相連；信號處理器，與所述傳感器、所述計算機均相連，用於對所述多路巴克豪森信號進行放大和濾波；計算機，與所述信號處理器、所述編碼器配套電路、所述函數發生器均相連，用於控制所述函數發生器產生激勵信號，接收並分析所述信號處理器發送的處理過的多路巴克豪森信號，以及接收並解析所述編碼器配套電路發送的信號。
進一步地，所述傳感器的巴克豪森接收器陣列與所述信號處理器相連，所述傳感器的編碼器與所述編碼器配套電路相連，所述傳感器的激勵線圈與所述功率放大器相連。
進一步地，所述信號處理器包括：多通道前置放大器，與多通道濾波器、所述巴克豪森接收器陣列均相連，用於對所述多路巴克豪森信號進行放大；多通道濾波器，與所述多通道前置放大器、所述計算機均相連，用於將放大後的巴克豪森信號進行濾波。
進一步地，所述信號處理器包括：多通道濾波器，與多通道前置放大器、所述巴克豪森接收器陣列均相連，用於對多路巴克豪森信號進行濾波；多通道前置放大器，與所述多通道濾波器、所述計算機均相連，用於對濾波後的多路巴克豪森信號進行放大。
根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種成像方法，包括：傳感器在被檢測材料表面運動的過程中，所述檢測系統獲取所述傳感器在所述檢測材料的表面所處的第一位置和在所述第一位置檢測到的巴克豪森信號，其中，所述第一位置為所述被檢測材料表面的任意一個位置；根據在所述第一位置檢測到的巴克豪森信號計算所述被檢測材料在所述第一位置的應力；根據所述被檢測材料的整個表面的各個位置的應力繪製所述被檢測材料的整個表面的應力分布圖；展示所述應力分布圖。
在本發明實施例中，共用同一個激勵磁軛而採用陣列式巴克豪森信號接收器方式同時獲取被檢部件不同位置巴克豪森信號，在保證激勵信號的一致性的同時提高了檢測效率，通過編碼器獲取位置信息，陣列式傳感器獲取不同位置巴克豪森信號，通過對巴克豪森信號進行分析，得到待檢測物體的應力分布，不會對待檢測物體造成損傷，而且，陣列式傳感器一次獲取多個位置的巴克豪森信號，檢測效率高，達到了對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術效果，進而解決了現有技術中無法對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術問題。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1-1是根據本發明實施例的一種傳感器的示意圖；
圖1-2是根據本發明實施例的又一種傳感器的示意圖；
圖1-3是根據本發明實施例的又一種傳感器的示意圖；
圖1-4是根據本發明實施例的又一種傳感器的示意圖；
圖1-5是根據本發明實施例的又一種傳感器的示意圖；
圖1-6是根據本發明實施例的又一種傳感器的示意圖；
圖2-1是根據本發明實施例的傳感器檢測平面表面的示意圖；
圖2-2是根據本發明實施例的傳感器檢測凸面表面的示意圖；
圖2-3是根據本發明實施例的傳感器檢測凹面表面的示意圖；
圖3是根據本發明實施例的傳感器在待檢測物體表面運動的示意圖；
圖4-1是根據本發明實施例的一種檢測系統的示意圖；
圖4-2是根據本發明實施例的又一種檢測系統的示意圖；
圖4-3是根據本發明實施例的又一種檢測系統的示意圖；
圖5是根據本發明實施例的應力實時成像過程的示意圖；
圖6是根據本發明實施例的成像方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本發明的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
根據本發明實施例，提供了一種傳感器。圖1-1、圖1-2、圖1-3是根據本發明實施例的傳感器的示意圖。
如圖1-1、圖1-2、圖1-3所示，本發明實施例提供的傳感器包括：巴克豪森接收器陣列2、編碼器3、激勵線圈4、磁軛5、外殼6。
磁軛5，設置在外殼6上，用於導磁。磁軛與被檢部件接觸部分不限於設計為面接觸，還可為線接觸或點接觸。
編碼器3，設置在磁軛5上，用於在傳感器運動的過程中檢測傳感器的位置信息。
巴克豪森接收器陣列2，用於接收被檢測材料的不同位置的巴克豪森信號，其中，巴克豪森接收器陣列2包括多個巴克豪森接收器。
激勵線圈4，設置在磁軛5上，用於通過交流電進行局部磁化。
在本發明實施例中，共用同一個激勵磁軛而採用陣列式巴克豪森信號接收器方式同時獲取被檢部件不同位置巴克豪森信號，在保證激勵信號的一致性的同時提高了檢測效率，通過編碼器獲取位置信息，陣列式傳感器獲取不同位置巴克豪森信號，通過對巴克豪森信號進行分析，得到待檢測物體的應力分布，不會對待檢測物體造成損傷，而且，陣列式傳感器一次獲取多個位置的巴克豪森信號，檢測效率高，解決了現有技術中無法對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術問題，達到了對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術效果。
可選地，如圖1-4、圖1-5、圖1-6所示，傳感器還包括：滾輪1。滾輪1，設置在外殼6上。滾輪1可以為萬向輪，滾輪1可以設置在外殼6的內側。
可選地，磁軛與巴克豪森接收器陣列形成的表面為預設形狀，其中，預設形狀由待檢測物體的表面形狀決定，例如，磁軛5與巴克豪森接收器陣列2形成的表面為以下形狀之一：平面(如圖1-1、圖1-4所示)、凹面(如圖1-2、圖1-5所示)、凸面(如圖1-3、圖1-6所示)、波浪形平面等。
本發明實施例提供的傳感器可以檢測平面表面和曲面表面。
如圖1-1和圖1-4所示，磁軛5與巴克豪森接收器陣列2形成的表面為平面，該傳感器能夠檢測平面表面。
如圖1-2和圖1-5所示，磁軛5與巴克豪森接收器陣列2形成的表面為凹面，該傳感器能夠檢測凸面表面。傳感器與管道外壁接觸，傳感器設計為凹圓弧狀，能夠檢測管道外壁。
如圖1-3和圖1-6所示，磁軛5與巴克豪森接收器陣列2形成的表面為凸面，該傳感器能夠檢測凹面表面。傳感器與管道內壁接觸，傳感器設計為凸圓弧狀，能夠檢測管道內壁。
對於其他結構表面，可根據部件表面調整傳感器與被檢部件接觸部分結構，使傳感器可適用於被檢部件。
可選地，多個巴克豪森接收器排成一排或者方陣。
如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示，傳感器8可沿被檢部件7的XY平面任意移動，如圖3所示，傳感器沿Y方向運動，在編碼器記錄位置信息的同時內部巴克豪森接收陣列2可快速掃過表面，獲得被檢部件7的不同位置的巴克豪森信號。
根據本發明實施例，還提供了一種檢測系統。如圖4-1所示，該檢測系統包括：函數發生器、功率放大器、上述傳感器、編碼器配套電路、信號處理器、計算機。
函數發生器，與功率放大器、計算機均相連，用於產生激勵信號。
功率放大器，與函數發生器、傳感器均相連，用於將函數發生器產生的激勵信號進行放大，放大後的激勵信號用於激勵傳感器工作。
傳感器，與功率放大器、編碼器配套電路、信號處理器均相連，用於接收多路巴克豪森信號。
編碼器配套電路，與傳感器、計算機均相連。
信號處理器，與傳感器、計算機均相連，用於對多路巴克豪森信號進行放大和濾波。
計算機，與信號處理器、編碼器配套電路、函數發生器均相連，用於控制函數發生器產生激勵信號，接收並分析信號處理器發送的處理過的多路巴克豪森信號，以及接收並解析編碼器配套電路發送的信號。
在本發明實施例中，共用同一個激勵磁軛而採用陣列式巴克豪森信號接收器方式同時獲取被檢部件不同位置巴克豪森信號，在保證激勵信號的一致性的同時提高了檢測效率，通過編碼器獲取位置信息，陣列式傳感器獲取不同位置巴克豪森信號，通過對巴克豪森信號進行分析，得到待檢測物體的應力分布，不會對待檢測物體造成損傷，而且，陣列式傳感器一次獲取多個位置的巴克豪森信號，檢測效率高，解決了現有技術中無法對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術問題，達到了對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術效果。
由於傳感器包含多路巴克豪森接收器，故需要多通道前置放大器和多通道濾波器。
檢測時計算機控制函數發生器產生激勵信號，激勵信號經功率放大器放大後激勵傳感器工作。此時位於傳感器內部不同位置的多路巴克豪森接收器接收到多路巴克豪森信號。信號處理器對多路巴克豪森信號對各路信號進行放大、濾波(放大、濾波的先後順序不做限定)。最終各路信號傳入計算機，計算機對各路信號進行實時計算各路信號特徵值，包括均方根、平均值、峰值、寬峰比等；與此同時，計算機同時通過編碼器獲取傳感器位置信息，當傳感器沿被檢部件表面運動時，整個系統實時獲取傳感器所在被檢部件表面位置和巴克豪森信號，進而對整個被檢部件表面巴克豪森信號，通過計算處理得到整個被檢部件表面應力分布圖像。
可選地，傳感器的巴克豪森接收器陣列與信號處理器相連，傳感器的編碼器與編碼器配套電路相連，傳感器的激勵線圈與功率放大器相連。
可選地，信號處理器包括：多通道前置放大器、多通道濾波器。
作為一種可選的實施例，如圖4-2所示，信號處理器包括：多通道前置放大器、多通道濾波器，多通道前置放大器，與多通道濾波器、巴克豪森接收器陣列均相連，用於對多路巴克豪森信號進行放大。多通道濾波器，與多通道前置放大器、計算機均相連，用於將放大後的巴克豪森信號進行濾波。
作為另一種可選的實施例，如圖4-3所示，信號處理器包括：多通道前置放大器、多通道濾波器，多通道濾波器，與多通道前置放大器、巴克豪森接收器陣列均相連，用於對多路巴克豪森信號進行濾波。多通道前置放大器，與多通道濾波器、計算機均相連，用於對濾波後的多路巴克豪森信號進行放大。
如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示，傳感器8可沿被檢部件7的XY平面任意移動，如圖3所示，傳感器沿Y方向運動，在編碼器記錄位置信息的同時內部巴克豪森接收陣列2可快速掃過被檢部件7的表面，對表面的應力或硬化層深度或表面硬度進行實時成像，應力成像過程實時顯示如圖5所示。圖5中，顏色深度與應力大小成正比，應力越大，顏色越深。
本發明通過所設計的共用同一個激勵磁軛而採用陣列式巴克豪森信號接收器方式同時獲取被檢部件不同位置巴克豪森信號，在保證激勵信號的一致性的同時提高了檢測效率，通過編碼器獲取位置信息，陣列式傳感器獲取不同位置巴克豪森信號，可實時對被檢部件應力或硬化層深度或表面硬度進行成像。
根據本發明實施例，提供了一種成像方法。如圖6所示，該方法包括：
步驟S602，傳感器在被檢測材料表面運動的過程中，檢測系統獲取傳感器在檢測材料的表面所處的第一位置和在第一位置檢測到的巴克豪森信號，其中，第一位置為被檢測材料表面的任意一個位置。
步驟S604，根據在第一位置檢測到的巴克豪森信號計算被檢測材料在第一位置的應力。
步驟S606，根據被檢測材料的整個表面的各個位置的應力繪製被檢測材料的整個表面的應力分布圖。
步驟S608，展示應力分布圖。
在本發明實施例中，共用同一個激勵磁軛而採用陣列式巴克豪森信號接收器方式同時獲取被檢部件不同位置巴克豪森信號，在保證激勵信號的一致性的同時提高了檢測效率，通過編碼器獲取位置信息，陣列式傳感器獲取不同位置巴克豪森信號，通過對巴克豪森信號進行分析，得到待檢測物體的應力分布，不會對待檢測物體造成損傷，而且，陣列式傳感器一次獲取多個位置的巴克豪森信號，檢測效率高，解決了現有技術中無法對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術問題，達到了對待檢測物體的應力分布進行快速無損檢測並成像的技術效果。
如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示，傳感器8可沿被檢部件7的XY平面任意移動，如圖3所示，傳感器沿Y方向運動，在編碼器記錄位置信息的同時內部巴克豪森接收陣列2可快速掃過被檢部件7的表面，對表面的應力或硬化層深度或表面硬度進行實時成像，應力成像過程實時顯示如圖5所示。圖5中，顏色深度與應力大小成正比，應力越大，顏色越深。
在本發明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
在本發明所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、伺服器或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬碟、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。