基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法及系统与流程

本发明属于轴体裂纹检测，涉及基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法及系统。

背景技术：

1、轴体作为旋转机械的承载核心部件，在交变应力作用下表面易萌生疲劳裂纹。涡流检测因其非接触、响应快的特点，被广泛应用于轴体表面裂纹的在役检测。

2、现有技术中，轴体表面裂纹涡流检测通常采用以下做法：以单一频率激励的涡流探头沿轴向或周向扫描轴体表面，通过旋转编码器同步触发采集阻抗信号，提取阻抗幅值或相位相对于无缺陷区域的偏离量，与预设报警阈值比较后输出裂纹有无的二元判定结果。部分改进方案利用阻抗平面上的相位旋转角度对裂纹取向进行大致分类，或通过分时切换多个频率获取不同深度的综合响应。

3、上述现有做法在实际应用中存在如下缺陷：

4、1.单频率激励仅能获取对应单一趋肤深度内的综合电磁响应，无法在同一空间点解析不同深度层次的阻抗特征，导致裂纹方向引起的相位偏移与裂纹深度引起的幅值衰减在阻抗平面上高度耦合，难以独立分辨裂纹走向与深度趋势。

5、2.分时多频方案中各频率数据的采样时刻存在先后差异，在线旋转运动状态下，速度波动与探头提离变化会使得不同频率的响应实际对应轴体表面的不同空间位置，造成多频信息空间失配，叠加边缘效应后进一步扭曲频率响应，难以提取稳定的裂纹几何特征。

6、3.现有方法以离散阈值或相位区间进行定性判别，仅能给出裂纹有无或取向的粗略分类，无法输出裂纹深度沿轴体周向连续变化的量化指标，对不同取向裂纹的检测灵敏度严重不均，容易漏判危险性轴向裂纹，或对表面无害压痕产生过度报警，不能满足在线工况下对裂纹发展趋势的动态评估需求。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法及系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明第一实施例提供基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，包括：对轴体表面同步施加由多个频率分量叠加合成的多频激励信号，接收涡流感应响应信号，经频分复用分离出同一检测位置在各激励频率下的复数阻抗，构成多频高维阻抗数组；

3、获取轴体旋转过程中的圆周位置脉冲信号，以脉冲边沿为触发基准对各频率下的复数阻抗执行同步锁相触发采集，使不同频率的阻抗数据对应于同一圆周空间点，实现空间配准；

4、将经空间配准的高维阻抗数组通过预先构建的解耦变换矩阵投影至解耦特征空间，获得方向特征维度坐标值和深度特征维度坐标值；其中，所述解耦变换矩阵由包含已知裂纹方向标签和深度标签的试样库多频阻抗数组经核主成分分析确定；

5、针对方向特征维度坐标值，根据试样库中不同裂纹取向类别的方向特征分布执行线性判别，确定裂纹取向为轴向、周向或斜向；

6、基于深度特征维度坐标值，通过深度特征与深度发展态势的映射关系生成表征裂纹深度变化趋势的连续指数；

7、将裂纹取向和连续指数作为当前检测位置的裂纹状态检测结果输出。

8、本发明第二实施例提供基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测系统，包括：多频激励采集模块、位置同步模块、解耦投影模块、裂纹取向判别模块、裂纹深度评估模块和结果输出模块。

9、所述多频激励采集模块与位置同步模块连接，所述位置同步模块与解耦投影模块连接；所述解耦投影模块分别与裂纹取向判别模块和裂纹深度评估模块连接，用于将方向特征维度坐标值输出至裂纹取向判别模块，将深度特征维度坐标值输出至裂纹深度评估模块；所述裂纹取向判别模块与裂纹深度评估模块连接，用于将裂纹取向类别输出至裂纹深度评估模块；所述裂纹取向判别模块和裂纹深度评估模块均与结果输出模块连接，用于将裂纹取向判别结果和连续指数输出至结果输出模块。

10、多频激励采集模块，对轴体表面同步施加由多个频率分量叠加合成的多频激励信号，接收涡流感应响应信号，经频分复用分离出同一检测位置在各激励频率下的复数阻抗，构成多频高维阻抗数组；

11、位置同步模块，获取轴体旋转过程中的圆周位置脉冲信号，以脉冲边沿为触发基准对各频率下的复数阻抗执行同步锁相触发采集，使不同频率的阻抗数据对应于同一圆周空间点，实现空间配准；

12、解耦投影模块，将经空间配准的高维阻抗数组通过预先构建的解耦变换矩阵投影至解耦特征空间，获得方向特征维度坐标值和深度特征维度坐标值；其中，所述解耦变换矩阵由包含已知裂纹方向标签和深度标签的试样库多频阻抗数组经核主成分分析确定；

13、裂纹取向判别模块，针对方向特征维度坐标值，根据试样库中不同裂纹取向类别的方向特征分布执行线性判别，确定裂纹取向为轴向、周向或斜向；

14、裂纹深度评估模块，基于深度特征维度坐标值，通过深度特征与深度发展态势的映射关系生成表征裂纹深度变化趋势的连续指数；

15、结果输出模块，将裂纹取向和连续指数作为当前检测位置的裂纹状态检测结果输出。

16、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

17、（1）本发明通过多频激励信号同步施加与频分复用分离，在同一检测位置同步获取包含多个频率复数阻抗的多频高维阻抗数组，经核主成分分析确定的解耦变换矩阵投影至解耦特征空间后，分别获得对应相位旋转变化的方向特征维度坐标值和对应幅值衰减变化的深度特征维度坐标值，解除了裂纹方向与深度在单一阻抗平面上的耦合，实现两类特征的独立表征。

18、（2）本发明利用圆周位置脉冲边沿对各频率复数阻抗执行同步锁相触发采集，使不同频率的阻抗数据均对应轴体表面同一圆周空间点，帮助消除在线旋转运动状态下因采样时刻偏差导致的多频信息空间失配，为同一检测点的多频联合分析提供空间对齐基础。

19、（3）本发明基于方向特征维度坐标值执行线性判别，输出轴向、周向或斜向的裂纹取向分类结果；基于深度特征维度坐标值通过映射关系生成连续指数，输出裂纹深度变化的连续量化表征，避免阈值二元判断对取向灵敏度的不均问题，为裂纹发展趋势的动态评估提供连续量化依据。

1.基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述多频高维阻抗数组包括以下构成过程：

3.根据权利要求1所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述以脉冲边沿为触发基准对各频率下的复数阻抗执行同步锁相触发采集，包括：

4.根据权利要求1所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述解耦变换矩阵通过以下方式预先构建：

5.根据权利要求4所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述将第一特征向量和第二特征向量分别指定为方向维度投影向量和深度维度投影向量，包括：

6.根据权利要求4所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述方向特征维度坐标值和深度特征维度坐标值通过以下方式获取：

7.根据权利要求1所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述根据试样库中不同裂纹取向类别的方向特征分布执行线性判别，包括：

8.根据权利要求1所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述深度特征与深度发展态势的映射关系通过以下方式预先建立：

9.根据权利要求8所述的基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测方法，其特征在于，所述连续指数通过以下方式生成：

10.基于涡流阻抗的轴体表面裂纹在线检测系统，其特征在于，用于实现如权利要求1至9中任一项所述的方法，所述系统包括：