基于单对电极电容成像检测技术的非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法转让专利
申请号 : CN201811477328.7
文献号 : CN111272060B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 殷晓康 , 谷悦 , 李振 , 李晨 , 王克凡 , 符嘉明 , 曹松 , 李伟 , 陈国明
申请人 : 中国石油大学(华东)
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于单对电极电容成像检测技术的非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法,应用于近表面提离高度下的单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号,其特征在于,包括:
所选探头检测位置区域内存在非导电材料开口缺陷;
选择一个固定的近表面提离高度H1,利用极板间距为S的探头接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号,其中提离高度H1应小于探头的极板间距S,所述单对电极电容成像缺陷检测信号包含有限个连续增大的检测位置(X1
在检测非导电材料开口缺陷路径上存在最大且最密集的测量灵敏度分布的点,所述最大且最密集的测量灵敏度分布的点与缺陷的宽度方向尺寸存在对应关系;
对所述提离高度 H1下的检测信号电压值Un计算关于检测位置Xn的导数ΔUn=(Un+1‑Un)/(Xn+1‑Xn),并绘制所述检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线;
对所述检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线进行最大值点Xmax点和最小值点Xmin获取,计算最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L=|Xmax‑Xmin|;
非导电材料开口缺陷宽度方向的尺寸D等于所述最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L减去探头的极板间距S,即D=L‑S。
2.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术的非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法,其特征在于,所述接收输入的单对电极电容成像缺陷检测信号,包括:
接收检测探头输入的至少包括整个非导电材料开口缺陷在内的检测位置处的单对电极电容成像缺陷检测信号电压值。
3.根据权利要求1所述的一种基于单对电极电容成像检测技术的非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法,其特征在于,对所述单对电极电容成像缺陷检测信号电压值求关于检测位置的导数,包括:
对所述单对电极电容成像缺陷检测信号电压值求导数包括借助labview 软件控件获取缺陷检测信号电压值和matlab软件编程对缺陷检测信号求导数;
绘制所述检测信号电压值导数关于检测位置的曲线,并获取最大值点和最小值点。
说明书 :
基于单对电极电容成像检测技术的非导电材料开口缺陷宽度
方向尺寸量化方法
技术领域
背景技术
进行缺陷的检测和评估。当无缺陷时,电场分布无扰动;当有缺陷存在时,会改变电场的分
布并引起检测极板上电荷的变化。
中,Yn信号为Hn提离距离下的探头电压信号,该检测信号反应非导电材料开口缺陷的有无。
同时,基于电容成像检测技术的原理和特点,如图1所示,当没缺陷时,Yn信号稳定于某一数
值,为一常数;当有缺陷时,Yn信号出现波谷。但是,基于电容成像检测技术测量灵敏度分布
的原理和特点,如图2所示,利用Yn信号波谷之间的长度C=C2‑C1来计算非导电材料开口缺
陷宽度方向的尺寸D=A2‑A1误差过大。而在不同的应用场合下,对于缺陷的尺寸检出要求
不同,有些微小缺陷在一定的场合可认为不需要检修或者更换,通过绘制输入单对电极电
容成像缺陷检测信号关于检测位置的曲线来确定非导电材料开口缺陷宽度方向的尺寸,不
能做到给定应用场合下的精确判断。
发明内容
计算非导电材料开口缺陷宽度方向的尺寸,以提高单对电极电容成像检测技术对非导电材
料开口缺陷宽度方向尺寸量化的精度。
号,包括:选择一个固定的近表面提离高度H1,利用极板间距为S的探头接收输入的单对电
极电容成像缺陷检测信号,其中提离高度H1应小于探头的极板间距S,所述单对电极电容成
像缺陷检测信号包含有限个连续增大的检测位置(X1
ΔUn=(Un+1‑Un)/(Xn+1‑Xn),并绘制所述检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线;对
所述检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线进行最大值点Xmax点和最小值点Xmin获
取,计算最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L=|Xmax‑Xmin|;非导电材料开口缺陷宽
度方向的尺寸D等于所述最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L 减去探头的极板间距
S,即D=L‑S。
寸完成量化。由于电容成像技术测量灵敏度分布的特点,在固定提离高度H1后,在检测非导
电材料开口缺陷路径上存在最大且最密集的测量灵敏度分布的点,如图3所示,在所述最大
且最密集的测量灵敏度分布的点处检测电容值变化量ΔC最大,所述最大且最密集的测量
灵敏度分布的点与缺陷的宽度方向尺寸存在对应关系,通过对检测曲线求导来寻找电容值
变化量最大的点,完成对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸的量化。利用极板间距为S的探
头接收到输入的单对电极电容成像缺陷检测信号后,获取该缺陷检测信号在所述提离高度
H1下引起的探头检测电压值Un与此时的检测位置Xn;通过信号和数学处理软件,求取缺检测
信号电压值关于检测位置Xn的导数ΔUn=(Un+1‑Un)/(Xn+1‑Xn),并且绘制所述检测信号电压
值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线;获取检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线
中的最大值点Xmax点和最小值点Xmin;计算最大值点 Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L=|
Xmax‑Xmin|;非导电材料开口缺陷宽度方向的尺寸为D=L‑S。本发明提供的方法采用对缺陷
检测信号电压值求取关于检测位置的导数,绘制检测信号电压值导数关于检测位置的曲
线,引入检测信号电压值导数曲线最大值和最小值点的方法,对非导电材料开口缺陷宽度
方向的尺寸进行计算,降低了对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化的误差,大幅度提
高了对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化的精度。
附图说明
具体实施方式
施例。基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
生用于判别缺陷的检测信号包含有限个连续增大的检测位置(X1
面提离高度下单对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号中。根据单对电极电容成像测量
灵敏度分布原理,电容成像探头产生测量灵敏度分布值最大且最密集的点与非导电材料开
口缺陷宽度方向的尺寸存在对应关系,同时由于电容成像测量灵敏度分布的特点,所述最
大且最密集的测量灵敏度分布的点处检测电容值变化量ΔC最大,因此,通过对检测曲线求
导来寻找电容值变化量最大的点,完成对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸的量化。
增大的检测位置(X1
单对电极电容成像检测探头输出的连续电荷信号,将缺陷检测信号传入电荷放大器,所述
的连续电荷信号转换为检测位置为Xn处的单对电极电容成像检测探头输出的交流电压信
号。进一步将获取的缺陷检测信号传入锁相放大器进行锁相处理,所述的交流电压信号转
换为检测位置Xn处的单对电极电容成像检测探头输出的直流电压信号,获取的直流电压信
号由于外界环境或探头抖动会引起波动,但一般较小,位于某一数值附近,可以通过对直流
电压信号取均方根获取缺陷检测信号电压值Un以减小外界环境干扰。
便于后续数据处理,再对去躁和平滑处理后的数据进行关于检测位置Xn的导数ΔUn=(Un+1‑
Un)/(Xn+1‑Xn)求取。为了直观、方便的寻找电容值变化量最大的点,引入检测信号电压值导
数ΔUn关于检测位置Xn的曲线中的最大值点Xmax点和最小值点Xmin。
算最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L=|Xmax‑Xmin|;S105,非导电材料开口缺陷宽
度方向的尺寸D等于所述最大值点Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L减去探头的极板间距
S,即D=L‑S。
件控件获取缺陷检测信号电压值和matlab软件编程对缺陷检测信号求导数;绘制所述检测
信号电压值导数关于检测位置的曲线,并获取最大值点和最小值点。
寸完成量化。由于电容成像技术测量灵敏度分布的特点,在固定提离高度H1后,在检测非导
电材料开口缺陷路径上存在最大且最密集的测量灵敏度分布的点,如图3所示,在所述最大
且最密集的测量灵敏度分布的点处检测电容值变化量ΔC最大,所述最大且最密集的测量
灵敏度分布的点与缺陷的宽度方向尺寸存在对应关系,通过对检测曲线求导来寻找电容值
变化量最大的点,完成对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸的量化。利用极板间距为S的探
头接收到输入的单对电极电容成像缺陷检测信号后,获取该缺陷检测信号在所述提离高度
H1下引起的探头检测电压值Un与此时的检测位置Xn;通过信号和数学处理软件,求取缺检测
信号电压值关于检测位置Xn的导数ΔUn=(Un+1‑Un)/(Xn+1‑Xn),并且绘制所述检测信号电压
值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线;获取检测信号电压值导数ΔUn关于检测位置Xn的曲线
中的最大值点Xmax点和最小值点Xmin;计算最大值点 Xmax点和最小值点Xmin之间的距离L=|
Xmax‑Xmin|;非导电材料开口缺陷宽度方向的尺寸为D=L‑S。本发明提供的方法采用对缺陷
检测信号电压值求取关于检测位置的导数,绘制检测信号电压值导数关于检测位置的曲
线,引入检测信号电压值导数曲线最大值和最小值点的方法,对非导电材料开口缺陷宽度
方向的尺寸进行计算,降低了对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化的误差,大幅度提
高了对非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化的精度。
方法,以验证该方法的有效性。
0.1mm、H2=0.2mm、H3=0.4mm、H4=0.6mm、 H5=0.8mm、H6=1mm、H7=1.2mm、H8=2mm、H9=
3mm、H10=4mm),S=3mm,结果如图6、图7、图8、图9和表1所示。图6为仿真中所用含开口缺陷
的非导电材料试块模型,图7为提离高度为H1时的仿真缺陷检测信号电容值导数曲线,图8
为本发明实施例提供的基于单对电极电容成像检测技术提离效应的的非导电材料开口缺
陷宽度方向尺寸量化方法的仿真结果缺陷检测信号电压值导数曲线;图8为本发明提供的
基于单对电极电容成像检测技术非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法的仿真最大
值点、最小值点随n 次提离的变化示意图;图9为本发明提供的基于单对电极电容成像检测
技术非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法的实验用含开口缺陷的非导电材料试样;
表1为本发明提供的基于单对电极电容成像检测技术非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量
化方法的实验结果,根据图7、图8和表1,可以认为本发明提供的基于单对电极电容成像检
测技术非导电材料开口缺陷宽度方向尺寸量化方法可以完成对非导电材料开口缺陷宽度
方向尺寸进行量化,误差小于10%。
盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。