使用相位滞后方法对EC-GMR输出进行缺陷分类

使用相位滞后方法对EC-GMR输出进行缺陷分类

Peng Gaoa,Chao Wang, Ya Zhi & Yang Li

摘要：涡流检测（ECT）是无损检测的重要方法。缺陷分类是ECT一个具有挑战性的问题。在本文中，我们提出在该相位滞后，采用的方法，以及为了检测深亚表面缺陷，巨磁阻传感器被选择为检测磁场的缺陷的影响。磁场强度的相位被用于帮助缺陷分类。结果从实验中进行了显示，该方法是有效的。

关键词：涡流检测;缺陷检测;巨磁电阻;缺陷分类

1.介绍

涡流检测（ECT）是在非破坏性测试，它用于在许多行业中重要的方法之一。

[1]缺陷分类是ECT一个充满挑战和显著的问题，它总是进行下测试，以结构为经营决策，如维修和更换操作。

有许多类型的缺陷分类的并且它们进行根据不同的实际工业要求。[2-5]的一个重要类别是准确的表面和亚表面缺陷区别开来。[6,7]为了做到这一点，许多功能进行了研究，包括上升点，[8]频谱分割处，[9]峰值，高峰时间，[10,11]交叉时间和微分时间达到峰值。[12]

其他数据为基础的特征提取方法是基于小波变换的主成分分析（PCA），[7]希尔伯特变换，[13] PCA，[10]独立成分分析[14]和核主成分分析。 [15]为了分类的目的，一些技术被使用，诸如支持向量机。 [15]田等人。已经做了很多有益的工作表面和亚表面的分类。[7,8,10,11,13,14]分类的准确度得到了提高，但许多功能无法通过物理意义解释。

本文的主要目的是基于谐波激励和巨磁电阻（GMR）传感器上的表面和亚表面缺陷进行分类。为了检测的深缺陷的磁场，GMR传感器被采用。[16-21]幅值和磁场强度的相位被用于表面和亚表面缺陷进行分类。

2.检测原理和方法

电流励磁线圈中产生感应电流的导体，即涡流（ECS）。下的缺陷的情况下，内皮细胞被干扰和磁场是由有缺陷的的EC产生。涡流巨磁电阻（EC-GMR）传感器和样本的示意图示于图1。

图1 EC GMR传感器和试件示意图

图2.（a）表面缺陷的磁场;（b）内部缺陷的磁场

幅度和磁场强度的相位是因为缺陷的不同位置的不同。两个主要因素影响的磁场强度。首先，缺陷的深度影响EC。其次，表面缺陷磁场拾取由传感器直接，但磁场的亚表面缺陷，在图2（b）所示，通过将厚度LH的，这会导致额外的相位滞后的导体。因此，在使用磁场传感器诸如GMR传感器，缺陷可以通过测量磁场强度的振幅和相位进行分类。 GMR传感器垂直裂纹长度的检测轴总是用来定量检测缺陷。[22]在检测过程中，GMR的感测轴线保持与探针的移动方向平行，并且在本文中，我们也使用这种扫描模式。

如图1中，在测量点的磁场是由欧共体所产生的磁场是由缺陷的干扰的总和。由于GMR传感器方向性的[23]，仅在感测方向上的磁场可以被检测到，其示于图2，并在y轴的磁场被考虑在内。在[24]，在y轴的磁场强度，可以从下面的等式得到：

没有处理的坐标（x,y,z）; ; ZTH代表观察点;在引坐标TH代表的来源; R表示从源到观察点中的任意点的距离; JX和JZ是电流密度在x和z方向，分别;和b是相位常数，其可以被计算为在良好的导体以下：

2

其中w是所述角频率，u是渗透性和 是导电性。

电流密度JZ，这降低了在幅度作为波传播到所述导体，由下式给出[25]

这里Jz0表示在表面Z方向的EC密度和 1/f

在检测过程中，GMR的感测轴线保持与探针的移动方向平行。这导致一个事实，即GMR仅能够检测沿y方向的分量。在x和z方向分量垂直于感测轴，这意味着它们对传感器的输出没有影响。此外，由于该扁平线圈的对称性，在Jx的方向上的电流的幅度相同，但方向相反，从而在GMR输出Jx的地方没有影响。

表面缺陷，EC围绕缺陷变化的缺陷的增加的深度。图3示出了用于表面缺陷的EC，其示于图2的坐标系。

图3.坐标系表面缺陷

根据公式（1）中，在点（0,0,0），沿y轴的磁场强度是；

其中，L和b是EC区域的长度和宽度，分别与LD是EC区域的深度。 对于亚表面缺陷，周围的缺陷的EC生成能够由GMR传感器来检测磁场;然而，如图2（b）所示，GMR的感测轴线保持与探针的移动方向平行。所以GMR是仅能够检测沿y方向的分量。在x和z方向分量垂直于感测轴，这意味着它们对传感器的输出没有影响。此外，由于该扁平线圈的对称性，在Jx的方向上的电流的幅度相同，但方向相反，从而在GMR输出Jx的地方没有影响。图4示出了用于子表面缺陷内皮的坐标系。在点（0,0,0），沿y轴的磁场强度是

图4.坐标系统对于表面缺陷

其中，L和b是长度和宽度ES区域分别; LH是表面和裂缝之间的距离;和LT是被测样品的厚度。

方程（4）和（5）使用的是数值积分来计算。参数被给出如下： 4 10 7H/m和 3.82 10 7S/m

图5.幅值曲线具有不同深度（f=500Hz,Al）（一）的表面缺陷;（二）亚表面缺陷。 图5.12示出了变化的幅度和相位与500，1000，1500和2000赫兹的不同的激发频率。图7示出了具有不同深度使用1000Hz的激发频率的表面和亚表面缺陷的检测信号的幅度的变化。的表面缺陷增大磁场强度的振幅作为表面缺陷变为更深。对于亚表面缺陷，当缺陷靠近表面时，磁场强度的强度很大。当亚表面缺陷远离表面，磁场强度的幅值变小。因此它是难以归类表面和亚表面缺陷取决于振幅单独。

具有不同深度为1000赫兹的激发频率的表面和亚表面缺陷的相位的变化示于图8。对于表面缺陷，相位滞后增强与增加的表面缺陷的深度。对于亚表面缺陷，当缺陷是远离表面，相位滞后变大。然而，存在的表面瑕疵相和亚表面缺陷相，其可以有助于在表面和次表面缺陷分类之间没有交集。因此，表面和亚表面缺陷可以被分类，通过测量周围的缺陷的磁场。

从图5-12中，我们可以看到，随着频率的增大，从500至2000

赫兹，表面