CN211044505U - 一种基于稀疏表示的无线涡流检测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，属于电磁无损检测领域。本实用新型由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机组成，所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成；所述的无线传输模块为蓝牙通信套件，包括蓝牙主站和蓝牙从站；所述的上位机为台式工作站。本实用新型有效降低数据传输过程中无线传输模块的硬件负担，大大提高了无线涡流检测***的检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，属于电磁无损检测领域。
背景技术
阵列涡流检测技术属于电磁无损检测技术，是无损检测技术发展的一个重要分支。阵列涡流检测技术通过采用合理的传感器结构设计可实现对被测对象快速、高效检测，与单探头涡流检测技术相比，阵列涡流检测技术通过单次扫查就能达到单探头多次扫查的效果，可以实现对受检工件表面大范围快速检测，且对被检工件表面、近表面的检测灵敏度与单探头涡流检测技术相同。
在工业现场开展阵列涡流检测时，利用无线通信技术可以节省大量现场连接线缆的使用，降低检测成本，提升检测效率。在开展阵列涡流检测，并利用无线通信***传输检测信号的过程中，为了获得不失真的涡流检测信号，涡流检测***必须对多个传感器的检测信号以奈奎斯特采样定理规定的频率进行采样，这将使得采样得到的涡流检测信号数据量巨大，增加了涡流检测***中硬件电路的工作负荷，不利于通过无线通信模块对涡流检测信号进行传输，降低了涡流检测的实时性。
因此，非常有必要设计一种新的无线涡流检测***，能够在较低的采样频率下依然可以保证涡流检测信号的重构精度，减少需要存储和传输的涡流检测信号数据量，降低涡流检测***硬件电路的工作负荷，尤其是降低无线通信模块的工作负荷，提高涡流无损检测的实时性。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，以用于克服采用无线阵列涡流检测技术对被检工件进行涡流无损检测时，为了获得不失真的涡流检测信号，必须以奈奎斯特采样定理规定的频率采集数据，采样得到的涡流检测信号数据量大，导致硬件电路工作负荷高、无线通信模块传输负担重、涡流检测***实时性差的问题。
本实用新型的技术方案是：一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块、上位机组成。
所述的检测节点包括信号发生器和涡流阵列传感器，其中，信号发生器为基于DDS专用芯片AD9850的信号发生电路,可以产生正弦波和方波作为激励信号；AD9850芯片有32位相位累加器，ROM为14位，最高参考时钟为125MHz，输出频率分辨率可达0.0291Hz，允许产生最高输出频率62.5MHz，芯片内部提供5bits数字控制相位调制；涡流阵列传感器由位于同一平面上的A、B两组阵列传感器组成，每组阵列传感器由三个完全相同的阵列单元组成(根据实际检测需要，可以增加或减少阵列单元的数量)；A组阵列传感器为激励传感器，包括A1、A2、A3三个阵列单元，B组阵列传感器为检测传感器，包括B1、B2、B3三个阵列单元，阵列单元由圆形外壳和环形线圈组成；激励传感器的阵列单元按三角形排列，检测传感器的阵列单元按倒三角形排列。
所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成。
所述的信号采集卡为凌华信号采集卡DAQ2010，该信号采集卡支持32位PCI总线，采样频率可达2MHZ。
所述的信号调理电路由双运算发大器芯片C358C构成，可滤除电路中的直流分量和高频噪声。
所述的相敏检波电路由MC1595多频线性四象限乘法器和NE5532低通滤波器构成，MC1595多频线性四象限乘法器将对经过信号调理电路处理后的信号和参考信号进行乘法运算，输出反映该信号幅值、相位特征的复合信号，并送入由NE5532构成的低通滤波器以去除高频分量。
所述的ARM处理器采用Cortex-A73处理器，该处理器支持ARMv8-A架构，数据缓存可以达到64KB，相比于传统处理器工作负载可以节省20％的功耗，大幅延长电池寿命。
所述的无线传输模块为博陆科电子科技公司的BLK-MD-BC04-B蓝牙通信套件，包括蓝牙主站和蓝牙从站两个部分，支持USB、UART、PCM等接口，电源为3.3V，输出功率等级为class2。
所述的上位机为戴尔P5820T-W2123NLCN01台式工作站，CPU型号为Intel Xeon W-2123，显卡芯片为NVIDIAQuadro P2000。
***的具体连接方式如下：
所述的上位机通过GPIB总线与蓝牙主站连接，蓝牙主站通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信；蓝牙从站通过USB接口与检测节点中的信号发生器连接，信号发生器通过RS-232接口与激励传感器组连接；激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈圆心处的端点C1、C2、C3处的焊点分别引出抽头，并行连接到RS-232接口的RX端子处，并通过RS-232接口与信号发生器的TX端子连接，激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈另一端点C′1、C′2、C′3处的焊点分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；检测传感器阵列单元B1、B2、B3的环形线圈圆心处的端点D1、D2、D3处分别引出抽头，并行连接到PCI接口的PFI0端子处，并通过PCI总线与信号采集卡相连，检测传感器的阵列单元B1、B2、B3的环形线圈另一端点D′1、D′2、D′3处对应的输出信号引脚分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；信号采集卡通过PCI总线与信号调理电路连接，信号调理电路通过RS-485接口与相敏检波电路连接，相敏检波电路通过I/O接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过UART接口与蓝牙从站连接，从而将检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机连接组成完整的无线涡流检测***。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型采用的涡流阵列检测技术与传统的涡流检测技术相比，可实现大面积快速检测、效率更高；
(2)本实用新型利用无线模块传输检测过程中获得的涡流检测信号，节省了现场大量线材的使用，容易实现在线检测，使得在现场开展涡流无损检测变得更加方便；
(3)本实用新型中的检测节点利用稀疏表示的方法对得到的涡流检测信号进行压缩采样，减少了无线传输模块需要传输的数据量，降低了无线传输模块的工作负荷，可进一步提高检测速度，提升检测效率。
附图说明
图1是本实用新型的***框图；
图2是本实用新型涡流阵列传感器结构图；
图3是本实用新型***连接图；
图4是本实用新型单个线圈形状；
图5是本实用新型信号调理电路电路图；
图6是本实用新型中蓝牙配件的应用电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块、上位机组成。
所述的检测节点由信号发生器和涡流阵列传感器组成；信号发生器为基于AD公司的DDS专用芯片AD9850的信号发生电路，使用占空比为0.25的脉冲方波作为激励信号；涡流阵列传感器由位于同一平面上的A、B两组阵列传感器组成，每组阵列传感器由三个完全相同的阵列单元组成(根据实际检测需要，可以增加或减少阵列单元的数量)；A组阵列传感器为激励传感器，包括A1、A2、A3三个阵列单元，B组阵列传感器为检测传感器，包括B1、B2、B3三个阵列单元，阵列单元由圆形外壳和环形线圈组成，如图4所示；激励传感器的阵列单元按三角形排列，检测传感器的阵列单元按倒三角形排列。
所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成；
所述的信号采集卡为凌华信号采集卡DAQ2010,采样频率为200kHz。
如图5所示，所述的信号调理电路由双运算发大器芯片C358C构成，可滤除电路中产生的直流分量和高频噪声。
所述的相敏检波电路由MC1595多频线性四象限乘法器和NE5532构成，MC1595将对经过信号调理电路处理后的信号和参考信号进行乘法运算，输出反映该信号幅值、相位特征的复合信号，并送入由NE5532构成的低通滤波器以去除高频分量。
所述的ARM处理器采用Cortex-A73处理器，数据缓存64KB，工作频率为2.8GHz。
如图6所示，所述的无线传输模块为蓝牙通信套件包括蓝牙主站和蓝牙从站；无线传输模块主要用于上位机与检测节点之间进行无线通信，采用的蓝牙设备是博陆科电子科技公司的BLK-MD-BC04-B蓝牙通信模块；该设备由外部3.3V电源供电，通过内置PCB射频天线发送和接收信息，输出功率等级为class2。
所述的上位机为戴尔P5820T-W2123NLCN01台式工作站，CPU型号为Intel Xeon W-2123，主频为3.6GHz,最高睿频为3.9GHz,显卡芯片为NVIDIA Quadro P2000。
如图2所示，一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，***的具体连接方式如下：
所述的上位机通过GPIB总线与蓝牙主站连接，蓝牙主站通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信；蓝牙从站通过USB接口与检测节点中的信号发生器连接，信号发生器通过RS-232接口与激励传感器组连接；激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈圆心处的端点C1、C2、C3处的焊点分别引出抽头，并行连接到RS-232接口的RX端子处，并通过RS-232接口与信号发生器的TX端子连接，激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈另一端点C′1、C′2、C′3处的焊点分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；检测传感器阵列单元B1、B2、B3的环形线圈圆心处的端点D1、D2、D3处分别引出抽头，并行连接到PCI接口的PFI0端子处，并通过PCI总线与信号采集卡相连，检测传感器的阵列单元B1、B2、B3的环形线圈另一端点D′1、D′2、D′3处对应的输出信号引脚分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；信号采集卡通过PCI总线与信号调理电路连接，信号调理电路通过RS-485接口与相敏检波电路连接，相敏检波电路通过I/O接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过UART接口与蓝牙从站连接，从而将检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机连接组成完整的无线涡流检测***。
所述***的工作过程为：
1：在上位机中设置激励信号参数，通过GPIB总线将激励信号参数送至无线传输模块的蓝牙主站中；
2：蓝牙主站将通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信，由蓝牙从站将激励信号参数通过USB接口送至检测节点中的信号发生器；
3：信号发生器根据接收到的激励信号参数产生相应的脉冲激励信号并通过RS-232接口加载到涡流阵列传感器中的激励传感器阵列单元；
4：激励传感器阵列单元受激励信号影响，产生作用于待测试件的激励磁场，待测试件受激励磁场作用形成涡流；
5：涡流阵列传感器中的检测传感器阵列单元受待测试件中涡流产生的再生磁场影响，将与激励传感器阵列单元产生的激励磁场形成合成磁场，即原始涡流检测信号；
6：信号采集卡将对检测过程中产生的原始涡流检测信号进行采集，并通过PCI总线将采集到的信号实时送入信号调理电路中进行放大和去噪；
7：放大和去噪后的信号将通过RS-485接口传送至相敏检波电路中进行处理，输出两路正交信号，即涡流检测预处理信号；
8：涡流检测预处理信号将通过I/O接口送至ARM处理器中进行稀疏表示，得到涡流检测信号的稀疏表示系数；
9：涡流检测信号的稀疏表示系数将由蓝牙从站通过蓝牙无线网络送至蓝牙主站进而送至上位机中进行重构，通过对重构信号的分析即可实现对待测试件缺陷和损伤情况的评估。
实施例2：一种基于稀疏表示的无线涡流检测***深层缺陷局部重点检测方式；
如图1、图3所示，一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块、上位机组成。
所述的检测节点由信号发生器和涡流阵列传感器组成；信号发生器为基于AD公司的DDS专用芯片AD9850的信号发生电路，使用占空比为0.25的脉冲方波作为激励信号；涡流阵列传感器由位于同一平面上的A、B两组阵列传感器组成，每组阵列传感器由三个完全相同的阵列单元组成(根据实际检测需要，可以增加或减少阵列单元的数量)；A组阵列传感器为激励传感器，包括A1、A2、A3三个阵列单元，B组阵列传感器为检测传感器，包括B1、B2、B3三个阵列单元，阵列单元由圆形外壳和环形线圈组成；激励传感器的阵列单元按三角形排列，检测传感器的阵列单元按倒三角形排列。
所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成.
所述的信号采集卡为凌华信号采集卡DAQ2010,采样频率为100KHZ。
所述的信号调理电路由双运算发大器芯片C358C构成，可滤除电路中产生的直流分量和高频噪声。
所述的相敏检波电路由MC1595多频线性四象限乘法器和NE5532构成，MC1595将对经过信号调理电路处理后的信号和参考信号进行乘法运算，输出反映该信号幅值、相位特征的复合信号，并送入由NE5532构成的低通滤波器以去除高频分量。
所述的ARM处理器采用Cortex-A73处理器，数据缓存为64KB，工作频率为2.8GHz。
所述的无线传输模块为蓝牙通信套件包括蓝牙主站和蓝牙从站；无线传输模块主要用于上位机与检测节点之间进行无线通信，采用的蓝牙设备是博陆科电子科技公司的BLK-MD-BC04-B蓝牙通信模块；该设备由外部3.3V电源供电，通过内置PCB射频天线发送和接收信息，输出功率等级为class2。
所述的上位机为戴尔P5820T-W2123NLCN01台式工作站，CPU型号为Intel Xeon W-2123，主频为3.6GHz，最高睿频为3.9GHz，显卡芯片为NVIDIA Quadro P2000。
所述***的具体连接方式如下：
所述的上位机通过GPIB总线与蓝牙主站连接，蓝牙主站通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信；蓝牙从站通过USB接口与检测节点中的信号发生器连接，信号发生器通过RS-232接口与激励传感器组连接；激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈圆心处的端点C1、C2、C3处的焊点分别引出抽头，并行连接到RS-232接口的RX端子处，并通过RS-232接口与信号发生器的TX端子连接，激励传感器阵列单元A1、A2、A3的环形线圈另一端点C′1、C′2、C′3处的焊点分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；检测传感器阵列单元B1、B2、B3的环形线圈圆心处的端点D1、D2、D3处分别引出抽头，并行连接到PCI接口的PFI0端子处，并通过PCI总线与信号采集卡相连，检测传感器的阵列单元B1、B2、B3的环形线圈另一端点D′1、D′2、D′3处对应的输出信号引脚分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；信号采集卡通过PCI总线与信号调理电路连接，信号调理电路通过RS-485接口与相敏检波电路连接，相敏检波电路通过I/O接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过UART接口与蓝牙从站连接，从而将检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机连接组成完整的无线涡流检测***。
所述***检测时的应用场景为：当已知待测试件存在深层缺陷，需要对待测试件存在深层缺陷区域进行局部重点检测以获得深层缺陷的具体参数(如：深层缺陷的深度、长度、宽度等)时，应选择深层缺陷局部重点检测方式,这种检测方式将对待测试件存在深层缺陷的区域进行重点检测。由于趋肤效应的影响，在导体中流动的高频电流将会趋于导体表面，为使涡流达到较深的渗透深度，有效检测测试件存在的深层缺陷，因此设置脉冲激励信号的频率为相对较低的20kHz。
所述***检测时的具体步骤为：将检测节点固定在待测试件已知存在深层缺陷的区域上方，在上位机中设置激励信号频率为20kHz，通过无线传输模块将激励信号频率发送至检测节点中的信号发生器，信号发生器根据接收到的激励信号频率将产生相应频率的脉冲激励信号作用于待测试件，通过对待测试件产生的原始涡流检测信号进行处理和分析即可得到待测试件深层缺陷的具体参数。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种基于稀疏表示的无线涡流检测***，其特征在于：由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机组成；
所述的检测节点包括信号发生器和涡流阵列传感器；其中，信号发生器为基于DDS专用芯片的信号发生电路；涡流阵列传感器由位于同一平面上的A、B两组阵列传感器组成，每组阵列传感器由三个完全相同的阵列单元组成，每个阵列单元均为环形线圈；A组阵列传感器为激励传感器组，包括A1、A2、A3三个阵列单元，B组阵列传感器为检测传感器组，包括B1、B2、B3三个阵列单元，三个激励传感器阵列单元和检测传感器阵列单元均按三角形排列；
所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成；
所述的无线传输模块为蓝牙通信套件，包括蓝牙主站和蓝牙从站；
所述的上位机为台式工作站。
2.根据权利要求1所述的基于稀疏表示的无线涡流检测***，其特征在于：所述的上位机通过GPIB总线与蓝牙主站连接，蓝牙主站通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信；蓝牙从站通过USB接口与检测节点中的信号发生器连接，信号发生器通过RS-232接口与激励传感器组连接；激励传感器阵列单元A1、A2、A3环形线圈圆心处的端点C1、C2、C3处的焊点分别引出抽头，并行连接到RS-232接口的RX端子处，并通过RS-232接口与信号发生器的TX端子连接，激励传感器阵列单元A1、A2、A3环形线圈另一端点C′1、C′2、C′3处的焊点分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；检测传感器阵列单元B1、B2、B3环形线圈圆心处的端点D1、D2、D3处分别引出抽头，并行连接到PCI接口的PFI0端子处，并通过PCI总线与信号采集卡相连，检测传感器阵列单元B1、B2、B3环形线圈另一端点D′1、D′2、D′3处对应的输出信号引脚分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；信号采集卡通过PCI总线与信号调理电路连接，信号调理电路通过RS-485接口与相敏检波电路连接，相敏检波电路通过I/O接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过UART接口与蓝牙从站连接，从而将检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机连接组成完整的无线涡流检测***。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200717 Termination date: 20210313 |
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