电磁超声声时测量方法及装置与流程

本发明涉及于无损检测技术领域，尤其涉及一种电磁超声声时测量方法及装置。

背景技术：

电磁超声是新兴的无损检测技术，电磁超声换能器激励线圈在试件中激励出超声波后，超声波在试件中传播，在上下表面会发生反射，反射波振动切割磁感线又会在试件中产生感应电流，试件中的感应电流耦合到接收线圈，接收线圈接收到的回波信号相邻回波之间的时间间隔(即声时)，就反映了试件被激励表面产生的超声波经过一次反射后再返回到试件被激励表面所需要的时间，再结合超声波传播的波速，就可以得到试件厚度。因此，在厚度测量中，电磁超声信号处理的关键是声时的测量。

目前现有技术中，将电磁超声信号进行简单的叠加，等比例增大信号等方式简化声时，但是无法有效减小噪声，尤其是尖峰噪声的干扰。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电磁超声声时测量方法，用以减少噪声对电磁超声声时测量的影响，该方法包括：

获取电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号；

将所述感应电信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；

对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；

将所述第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；

对所述第四数字信号进行转化处理，得到重建回波信号；

根据所述重建回波信号，计算确定声时值。

本发明实施例还提供一种电磁超声声时测量装置，用以减少噪声对电磁超声声时测量的影响，简化处理电路，该装置包括：

信号获取模块，用于获取电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号；

第二数字信号转化模块，用于将所述感应电信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；

第三数字信号转化模块，用于对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；

第四数字信号转化模块，用于将所述第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；

重建回波信号转化模块，用于对所述第四数字信号进行转化处理，得到重建回波信号；

计算模块，用于根据所述重建回波信号，计算确定声时值。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电磁超声声时测量方法。

本发明实施例也提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述电磁超声声时测量方法的计算机程序。

本发明实施例中，通过将获取到的电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号输入到门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入到门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；对第一数字信号和第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；对第四数字信号进行低通滤波处理，得到重建回波信号；根据重建回波信号，计算确定声时值；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，过滤了持续时间短且幅值较大的噪声，使得声时值的计算有效避免了尖峰噪声的干扰，提高了电磁超声声时测量的精度和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电磁超声声时测量方法示意图。

图2为本发明实施例中步骤102的具体步骤示意图。

图3为本发明实施例中步骤105的具体步骤示意图。

图4为本发明实施例中步骤106的具体步骤示意图。

图5为本发明实施例中电磁超声声时测量的一具体应用实施的流程示意图。

图6为本发明具体实施例中接收线圈产生的感应电信号示意图。

图7为本发明具体实施例中截取到的回波信号sig0的示意图。

图8为本发明具体实施例中截取到的噪声信号n的示意图。

图9为本发明具体实施例中第三数字信号sig3的示意图。

图10为本发明具体实施例中第四数字信号sig4的示意图。

图11为本发明具体实施例中重建回波信号sig5的示意图。

图12为本发明实施例中电磁超声声时测量装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中受尖峰噪声干扰导致的电磁超声声时测量精度低的问题，本发明实施例提供了一种电磁超声声时测量方法，用以减少噪声对电磁超声声时测量的影响，如图1所示，该方法包括：

步骤101：获取电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号；

步骤102：将感应电信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；

步骤103：对第一数字信号和第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；

步骤104：将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；

步骤105：对第四数字信号进行转化处理，得到重建回波信号；

步骤106：根据重建回波信号，计算确定声时值。

从图1可以看出，通过将获取到的电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号输入到门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入到门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；对第一数字信号和第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；对第四数字信号进行低通滤波处理，得到重建回波信号；根据重建回波信号，计算确定声时值；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，过滤了持续时间短且幅值较大的噪声，使得声时值的计算有效避免了尖峰噪声的干扰，提高了电磁超声声时测量的精度和准确性。

具体实施时，首先获取电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号。将电磁超声换能器的激励线圈和接收线圈安装在试件上，电磁超声换能器激励线圈发出激励信号，经过耦合后，在接收线圈会产生感应电信号，采集感应电信号。

获取感应电信号后，将感应电信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号，具体过程如图2所示，包括：

步骤201：将截取的感应电信号中激励起始时刻前的信号确定为噪声信号；

步骤202：将截取的感应电信号中第一预设时刻开始后第一预设时长的信号确定为回波信号；第一预设时刻距离激励起始时刻为第二预设时长；

步骤203：将回波信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号。

截取激励起始时刻前的信号确定为噪声信号n；截取激励开始t0后时长为t1的回波信号sig0，即第一预设时刻距离激励起始时刻为第二预设时长t0，第一预设时长为t1。其中，t0的选取要大于电磁超声放大电路的阻塞时间，并且需要使得截取到的回波信号具有高幅值和高信噪比，例如可预设基础阈值，选取t0使得截取到的回波信号的幅值和信噪比高于预设基础阈值；t1的选取需要大于回波信号周期值的三倍；经过多次试验，一般的，t0例如可取30～150μs，t1例如可取10～500μs。

具体实施例中，优选截取周期性变化的感应电信号确定为回波信号，将截取的感应电信号中第一预设时刻开始后第一预设时长t1的呈周期性变化的信号确定为回波信号。

将截取到的回波信号sig0输入门限值为thd1的正电压比较器得到第一数字信号sig1，输入门限值为thd2的负电压比较器得到第二数字信号sig2，滤除了回波信号中的低幅值噪声信号。

正电压比较器的门限值设置值thd1例如可以满足：

0.5npp＜thd1＜vpp

其中，npp表示噪声信号n的峰峰值；vpp表示回波信号sig0的峰峰值。

负电压比较器的门限值设置值thd2例如可以满足：

-vpp＜thd2＜-0.5npp

其中，npp表示噪声信号n的峰峰值；vpp表示回波信号sig0的峰峰值。

得到第一数字信号sig1和第二数字信号sig2后，对第一数字信号sig1和第二数字信号sig2进行或操作，得到第三数字信号sig3。

将第三数字信号sig3以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号sig4，具体步骤包括：

以一固定采样频率遍历第三数字信号sig3，确定多个采样点；

若第三数字信号sig3的第一个采样点的幅值为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为0；若第三数字信号sig3的第一个采样点的幅值不为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为第三数字信号的第一个采样点的幅值加一；

除第一个采样点外，若第三数字信号sig3采样点的幅值为0，则在采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为0；若第三数字信号sig3采样点数值不为0，则在采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为前一采样时刻的第四数字信号sig3的幅值加一。

通过按脉宽加权处理，实现了信号幅值的重建，过滤了持续时间短而幅值较大的尖峰噪声。

得到第四数字信号sig4后，对第四数字信号sig4进行转化处理，得到重建回波信号sig5，具体过程如图3所示，包括：

步骤301：对第四数字信号sig4进行低通滤波处理；

步骤302：得到经过低通滤波处理后的第四数字信号的多个幅值点；幅值点为低通滤波处理后的第四数字信号中采样时刻对应的信号幅值处的点；

步骤303：根据幅值点，做拟合处理得到重建回波信号sig5。

其中，对第四数字信号sig4进行低通滤波处理的低通滤波器的截止频率取值范围例如可以为：

[0.1,0.9]×fe

fe表示电磁超声换能器激励线圈发射的激励信号的频率。

通过对初始的感应电信号的上述处理重建了回波信号，使得无需增设a/d转换器，简化了硬件电路。

得到重建回波信号sig5后，根据重建回波信号sig5，计算确定声时值，具体过程如图4所示，包括：

步骤401：根据重建回波信号，得到重建回波信号的峰值vp；

步骤402：根据峰值vp，确定阈值thd3；

步骤403：根据阈值thd3，确定重建回波信号中超出阈值thd3的极值点；

步骤404：根据极值点，按如下公式计算确定声时值：

t＝t1-t2

其中，t表示声时值；t1表示第一个超出阈值thd3的极值点对应的时刻；t2表示第二个超出阈值thd3的极值点对应的时刻。

上述阈值thd3取值例如可以为：

[0.3,0.9]×vp

其中，vp表示重建回波信号sig5的峰值。

可以理解的是，上述各个量的取值仅为举例，仅为本发明实施例中优选范围，实施时可以根据实际需要调整取值范围，这些取值范围均落入本发明的保护范围，实施例中不再赘述。

下面给出一具体实例说明本发明实施例如何测量电磁超声声时。本例应用于一厚度为8mm，材料为45号钢的试件，具体过程如图5所示。

传感器激励电压800v，激励频率为1mhz，传感器底端距离试件表面提离1mm。首先将传感器安装在8mm试件上，可以得到接收线圈产生的感应电信号，如图6所示。

截取t0为40μs，t1为120μs的回波信号sig0和噪声信号n，得到的回波信号sig0如图7所示，可以得出回波信号sig0的峰峰值约为4.8；噪声信号如图8所示，可以得出噪声信号n的峰峰值为2。

根据回波信号sig0的峰峰值4.8和噪声信号n的峰峰值2，可以设置正负电压比较器门限值为+1.2v和-1.2v，将回波信号sig0输入设置好的正负电压比较器得到第一数字信号sig1和第二数字信号sig2。

对第一数字信号sig1和第二数字信号sig2进行或处理，得到如图9所示的第三数字信号sig3。

将第三数字信号sig3以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号sig4，具体过程为：以50mhz遍历第三数字信号sig3，若第三数字信号sig3的第一个采样点的幅值为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为0；若第三数字信号sig3的第一个采样点的幅值不为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为第三数字信号的第一个采样点的幅值加一；

除第一个采样点外，若第三数字信号sig3采样点的幅值为0，则在该采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为0；若第三数字信号sig3采样点数值不为0，则在该采样时刻，第四数字信号sig4的幅值为前一采样时刻的第四数字信号sig3的幅值加一，得到第四数字信号sig4如图10所示。

将第四数字信号sig4通过截止频率为500khz的5阶巴特沃斯滤波器，得到经过低通滤波处理后的第四数字信号的多个幅值点；幅值点为低通滤波处理后的第四数字信号中采样时刻对应的信号幅值处的点；根据幅值点，做拟合处理得到重建回波信号sig5，如图11所示。

从图11中可以读出重建回波信号sig5的峰值vp为7.16，取0.707vp作为阈值thd3,可以得到前两个超出阈值thd3的极大值的对应的时间差t为6.08μs，即声时值为6.08μs。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电磁超声声时测量装置，由于装置所解决问题的原理与电磁超声声时测量方法相似，因此电磁超声声时测量装置的实施可以参见电磁超声声时测量方法的实施，重复之处不再赘述，具体结构如图12所示：

信号获取模块1201，用于获取电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号；

第二数字信号转化模块1202，用于将感应电信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号；

第三数字信号转化模块1203，用于对第一数字信号和第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；

第四数字信号转化模块1204，用于将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号；

重建回波信号转化模块1205，用于对第四数字信号进行转化处理，得到重建回波信号；

计算模块1206，用于根据重建回波信号，计算确定声时值。具体实施时，第二数字信号转化模块1202具体用于：将截取的感应电信号中激励起始时刻前的信号确定为噪声信号；

将截取的感应电信号中第一预设时刻开始后第一预设时长的信号确定为回波信号；第一预设时刻距离激励起始时刻为第二预设时长；

将回波信号输入门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号。

具体实施例中，第四数字信号转化模块1204具体用于：

以一固定采样频率遍历第三数字信号，确定多个采样点；

若第三数字信号的第一个采样点的幅值为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号的幅值为0；若第三数字信号的第一个采样点的幅值不为0，则在第一个采样时刻，第四数字信号的幅值为第三数字信号的第一个采样点的幅值加一；

除第一个采样点外，若第三数字信号采样点的幅值为0，则在采样时刻，第四数字信号的幅值为0；若第三数字信号采样点数值不为0，则在采样时刻，第四数字信号的幅值为前一采样时刻的第四数字信号的幅值加一。

具体实施例中，重建回波信号转化模块1205具体用于：

对第四数字信号进行低通滤波处理；

得到经过低通滤波处理后的第四数字信号的多个幅值点；幅值点为低通滤波处理后的第四数字信号中采样时刻对应的信号幅值处的点；

根据幅值点，做拟合处理得到重建回波信号。

具体实施例中，计算模块1206具体用于：

根据重建回波信号，得到重建回波信号的峰值vp；

根据峰值vp，确定阈值thd3；

根据阈值thd3，确定重建回波信号中超出阈值thd3的极值点；

根据极值点，按如下公式计算确定声时值：

t＝t1-t2

其中，t表示声时值；t1表示第一个超出阈值thd3的极值点对应的时刻；t2表示第二个超出阈值thd3的极值点对应的时刻。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有执行上述方法的计算机程序。

综上所述，本发明实施例提供的电磁超声声时测量方法及装置具有如下优点：

通过将获取到的电磁超声换能器接收线圈产生的感应电信号输入到门限值为第一预设值的正电压比较器得到第一数字信号，输入到门限值为第二预设值的负电压比较器得到第二数字信号，滤除了低幅值噪声信号；对第一数字信号和第二数字信号进行或操作，得到第三数字信号；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，得到第四数字信号，实现了信号幅值的重建，过滤了持续时间短而幅值较大的尖峰噪声；对第四数字信号进行低通滤波处理，得到重建回波信号；根据重建回波信号，计算确定声时值；将第三数字信号以脉冲宽度为权重，进行加权处理，过滤了持续时间短且幅值较大的噪声，使得声时值的计算有效避免了尖峰噪声的干扰，提高了电磁超声声时测量的精度和准确性。通过对初始的感应电信号的处理，重建了回波信号，使得无需增设a/d转换器，简化了硬件电路。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。