檢測技術中的信號處理技術

劉 瑩

（中國人民解放軍電子工程學院，安徽 合肥 230037）

0 引言

隨著電子技術，特別是計算機技術的不斷發展，很大程度上提高了我國檢測設備的相關性能，并使之朝著計算機化、定量化和智能化的方向前進。而信息處理技術對檢測設備的總體性能起了決定作用，也是磁性無損技術檢測設備的技術指標依據。它通過對探頭輸出的檢測信號進行相應的處理，提高其信號的信噪比和抗干擾能力，進一步對信號進行識別、分析、顯示、存儲和記錄，以滿足各種檢測性能的要求。

1 磁性無損檢測技術

檢測技術中一個重要組成部分——無損檢測，它作為一種非破壞性的檢測技術，是在對原材料和成品不損傷的前提下，對其內部和表面有無缺陷情況進行研究。由于材料內部及表面若存在問題，檢測系統中的相關指標就會發生相應的變化。無損檢測就是利用這一變化來研究、評價結構異常和缺陷的存在，及其可能帶來的危害程度。與破損檢測相比，它不需要改變物件的狀態和使用性能，而是直接對使用中的材料的內部結構與缺陷情況進行測試，從而推斷出材料的剩余使用壽命與相應的承載能力等。通常情況下，其檢測主要有目視法、超聲波法、渦流法、磁性檢測法等幾種檢測方法。對于磁性無損檢測，它探頭裝置結構簡單，成本低，靈敏度高，且便于對信號的處理，實現非接觸檢測與在線實時檢測。因此，在實際生活中，它的應用是最廣泛的，被公認為目前既經濟又可靠、實用的檢測方法。

2 磁性無損檢測技術的信號處理技術

磁性無損檢測就是以磁場為媒介將被測物的狀態或量轉化為可測量的磁場信號，然后再由磁電轉化器件或傳感器進一步轉變成相應的電信號，最后對所得信息進行分析和處理。因此，磁場信號的形成和測量是該檢測技術的基礎部分，而對信息的處理則是其核心部分。

2.1 磁場信號的形成

該檢測技術主要是采用有源磁場檢測法 (AFT)，將被測對象進行磁源磁化，使之產生磁場信號，進而對其進行測量。 其中AFT法主要是通過勵磁器采用交變磁場磁化方式和恒定磁場磁化方式，對被測物進行檢測，并形成磁場信號。

2.2 磁場信號的測量

對于所獲得的磁場信號，通過磁場測量探頭對其實現轉化，檢測電信號的信噪比、分辨率和穩定性等多項性能，進而決定磁性檢測裝置或系統的性能情況，在磁性無損檢測技術中發揮著基礎性的核心作用。因此，對磁場信號的測量就有著幾個基本要求：第一，在靈敏性和空間分辨力方面。檢測目的和方法的額不同可選擇不同的敏感元件，而測量靈敏度的提高決定著元件和測量裝置的成本，因此，為獲得最有性價比，應根據被測磁場的強弱選相應元件，然后對其靈敏度有所選擇。同時，為測量出空間域變化率較高的磁場信號，就要對測量元件或單元的空間分辨率有一定的要求；第二，具有穩定性和可靠性。測量元件要具備對檢測環境和狀況的適應性，使測量信號不受環境影響，保持穩定與可靠；第三，有效信息比和性能價格比。對于所測量來的磁場信號要保持它的有效性，并且設計出的具有最優性能價格比的檢測探頭需符合測量目的和要求。

2.3 磁場信號的處理技術

第一，是對于模擬信號的放大處理。由于磁場測量探頭輸出的信號一般比較微弱，因此，就必須將其放大以后在進行處理。其中放大器的選擇和設計要根據測量信號的性質來決定。在這里，通常存在著空間局部區域內突變和在長的空間位置內變化比較緩慢的兩種磁場信號。在處理時，局部變化的信號就可采用交流放大的技術來調整消除信號中的低頻或直流分量，而那些變化緩慢的信號就需要采用直流放大或調制解調技術來進行處理。同時，檢測信號的放大電路的設計，需根據磁敏測量單元的特性和測量信號特點及相應的檢測要求來選擇合適的處理方法和元件。

第二，是對于模擬信號的濾波處理。磁性檢測中，從兩方面對信號進行濾波處理；對于信號工作是在空間域山的磁場信號，采用空間濾波的方法進行濾波處理；相反，磁電信號的工作是在時間域上，因此采用的是時域濾波方法來處理。

第三，磁場信號的時空域采樣。一般來說，磁場信號為空間域上的連續信號，而通過傳感器測量后的磁電信號則是時間域上的連續信號，兩者不同。但在實際的檢測中，對檢測信號的采樣通常是在時間域上進行的。如果傳感器與被測物兩者做相對勻速掃描運動的時候，磁場信號的空間域離散檢測信號可表示為 xs=xs(i·△s)，同時它可以通過在相同時間間隔上采樣后的離散時間域信號 （用 xt(i·△t)表示），就可求出xs(i△s)=xt(i△t),i=0,1,2,…（其中時間域采樣間隔用△t表示，空間域采樣間隔用△s表示，且△s=v0△t，v0表示勻速掃描的速度）同時，對于空間域上磁場信號的采樣，和時間域上的磁電信號，兩者需滿足所在域的相關定理。如果確定了空間域采樣間隔△s,相對的時域采樣間隔△t就必須滿足這樣一個定式，△t≤△s/v(v為掃描速度）。由此可見，時域采樣的間隔△t與掃描運動的速度是直接相關的。

第四，對數據的預處理。由于在實際的檢測過程中，信號采集系統可能受到外界環境和噪聲的干擾，影響數據。因此，為了準確判別數據，在預處理時就要對數據中可能出現一些無意義的干擾信號和雜亂信號進行剔除。同時，在實際應用中，必須要考慮到實時處理的問題，因此，漢寧濾波器和滑動中值平滑器等是其主要算法。

第五，信號的特征量與定量解釋。對于磁電信號的解釋關鍵要看對信號特征量或向量的提取。而對檢測信號的定量解釋作為無損檢測與評價的最終難點，意義重大。在實際的磁性無損檢測中，由于磁力線走向的相關問題、檢測過程中可能產生的測量間隙等波動問題及不同磁場分布特征等相關問題會對磁信號的定量解釋造成很大的影響，必須要對這些問題進行具體分析和排除。因此，對于不同性質的信號要采取不同的解釋方法進行識別，如有基于統計模式和模型的定量識別方法等。

3 結束語

隨著我國經濟的不斷發展，我國電子信息技術、微電子技術也在不斷完善，加上與無損檢測相關學科的開設和學習，無損檢測技術也正朝著理想化的方向發展。因此，適應技術的發展和自我的完善需求要創新要求是無損檢測技術發展的永恒主題，而推廣應用則是其追求的最終目標。

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