时一频分析在漏磁探伤中的应用的研究.pdfVIP

时一频分析在漏磁探伤中的应用研究 ． 文松王太勇蒋琦 (天津大学机械工程学院机械电了系，天津300072) 摘要：本文介绍了时一频分析技术在漏磁探伤中的应用，并针对实测信号对比了频谱分析与短时傅里叶 (SⅡ田变换及Wmgef分布的分析结果，表明了时一频分析更适合漏磁信号的分析。 关健词：漏磁探伤时一频分析钢管频谱分析 由于漏磁检测系统具有检测能力强、自动化程度高等特点，使得漏磁检测成为到目前为止应用最为 广泛磁检测方法之一j寺别是在油田用石油套管的检测使用极为广泛翻美，日，德，英等国对漏磁理论进行 了大量的研究。现有的漏磁检测设备主要应用于两个方面：一是用于对连扎机扎制出的无缝钢管进行 管体内、外袭面的横、纵向缺陷检测以保证后续加工时钢管能够达到规定的质量要求、其二是油田对 旧石油套管的检测，用以识别管体内、外壁及内部各类缺陷，剔除有危害的石油套管，保证采油的安全。 在漏磁检测过程中，需要拾取的有用信号大部分都是在局部空间内由缺陷所引起的变化剧烈的突变 信号，如裂纹、孔洞产生的漏磁信号，传统的信号分析工具主要基于F事T(快速博里叶变换)的频谱分 析方法，它是建立在信号的平稳性假设基础上的，严格地说FFT只适用于对平稳信号进行分析，所以对 于在漏磁检测中由各种缺陷产生的在局部空问和时间上的空变信号，采用能够反映信号时变特征的时 间一频率两维分析方法能够对其进行有效的分析。 1信号的时一频分析技术 信号的时间历程图表现了信号在时域的详细信凰而频谱图则表现了信号在频域的详细信息，但是 它们并不能同时表现信号在时域和频域的综合信息，而在实际中存在着变化的频谱．困丽需要寻找一种 和小波变换是三种主要的时频分析方法。 短时傅里叶(STVr)变换的思想是将信号看成分段平稳的信号，通过在原始信号上加固定窗，然后由 窗口在原始信号上平移的方法就可以得到原始信号的时频谱、其基本表达式为： sTFT(t,rrI：f【t)h(t-z)e04血 (1) 式中h(t．t)为时窗函数，起时限作用，e。曲‘起频限作用，合在一起起到时频双限制用。通过选择了不 的时窗和频窗．就可以实现给出不同特征信号较好的时频表示。 Winflner分布晟初是质量力学中发展起来的，被定义为信号的时一频两维函数，其基本表达式为： (2) 州‘驴磊1f工(t+／2硝t竹／2)e协dt 由于可以把Wigner分布看成是信号能量在时一频平面上的分布．具有明确的物理意义，所以能更 有效地对非平稳信号进行分析。 Analysis)的思想引入到小波变换中，所以在理论上小波变换可以在时一频域内同时具有盎好的时间和 频率分辨率，但由于受日前所采用的小波变换快速算法一Mallat算法的限制，小波变换还不能够像短时 傅里叶变换和Wigner分布一样以三维阵图的直观方式米表示信号的时频特性．所以本文将重点介绍 短时傅里叶变换和Wign盯分布在漏磁探伤中的应用。 2嗣鞋信号的时—簸分析 铁磁材料在磁场中被磁化以后，在其缺陷部位将产生漏磁通，当探头内的电磁感应线圈切割漏磁 通时，线圈中产生相应的感应电压，这也是利用漏磁通原理进行检测的基础．当被检材料内出现裂纹、 孔嗣等缺陷时．在缺陷处的局部空问区域内将产生突变的磁场，相应的电磁感应线圈也将产生突变的电 信号。而且不同的缺陷产生的漏磁分布也不一样，检测到的信号也不—样t图】是在某现场实测的纵向刻 槽的时域信号，图2是实测的某一自然孔洞的时域信号。 V V 『V二一}… 一}一一卜¨十卜 }毒 {二=={爿I二二 图1纵向刻槽信号 图2 某一自然孔洞信号 从以上实测信号可以看出：由于人工刻槽的形状相对比较规则，其检测到的信号呈过零点对称性分 布的脉冲信号，图4由于是一自然形状的孔洞，检测到的信号在时间上分布比较长，波形也不再呈现脉冲 信号的特点。 6．B1E·005 1雌 3．40E-005