基于数字锁相放大算法的电磁传感器探伤研究.pdf

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1、54传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第1期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)01-0054-03基于数字锁相放大算法的电磁传感器探伤研究席佩涛，刘泽，段晗晗，卢迎飞(北京交通大学电子信息工程学院，北京100044)摘要：微弱的电磁涡流信号不易检测，限制了其在钢轨探伤领域的使用。基于电磁涡流检测的基本原理，设计了使用内参考的正交相敏检波器和数字化的低通滤波器级联构成数字锁相放大算法，并对其进行了仿真验证。利用NI—PXI控制器控制信号发生

2、和采集板卡，设计了电磁探伤传感器和外围电路，结合数字锁相放大算法构成钢轨探伤平台，对有损伤的钢轨试样进行不同频率的实测，有效地检测出了钢轨损伤。关键词：钢轨探伤；电磁涡流检测；数字锁相放大；数字低通滤波器中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)01-0054-03Researchonelectromagneticsensorflawdetectionbasedondigitallock-inamplifieralgorithmXIPei—tao，LIUZe，DUANHan—han，LUYing-fei(

3、SchoolofEle~ronicandInformationEngineering，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract：WeakelectromagneticeddysignaliSnoteasytodetect．thuslimitsitsuseinthefieldofrat1flawdetection．BasedOilbasicprincipleofelectromagneticeddydetection，designinternalreferenceo~ho

4、gonalphasesensitivedetectoranddigitallow-passfiltertoformdigitallock—inamplifieralgorithm，simulateandverifythisalgorithm．UseNI—PXIcontrollertocontrolsignalgenerationandacquisitioncard，designelectromagneticflawdetectionsensorandperipheralcircuit，combinewithdigitallock—ina

5、mplifieralgorithmtoformrailflawdetectionplatform，whichmeasuretherailsamplewithdifferentfrequencyanddetecttheraildefectseffectively．Keywords：railflawdetection；electromagneticeddydetection；digitallock—inamplifier；digitallow—passfilter0引言首先通过电压跟随器变成两路完全相同的信号。我国铁路运力不断增大，钢轨出现

6、损伤的可能性也随!兰之加大J。目前，我国钢轨探伤主要采用超声波探伤原理，超声波探伤需要传感器和钢轨密贴，无法对钢轨轨腰和l轨底进行有效检测。电磁涡流检测属于无损检测范畴，1、1望IIi『l具有非接触、无需耦合剂且速度快等特点。但是电磁传——_．J感器中的涡流信号过于微弱，不易检测，加上钢轨牵引回流L一干扰，限制了其在钢轨探伤中的应用。如果能有效提取出图1数字锁相放大器的基本结构电磁涡流信号，在后端模块中采用数字信号处理方法可以Fig1Basicstructureofdigitallock-inamplifier方便地进行缺陷的判断。放大

7、后的两路信号分别与锁相放大器内部产生的两个基于上述问题，利用数字锁相放大技术，提取电磁传感正交信号相乘，接着分别通过两个低通滤波器，滤除交流分器中由于涡流效应产生的微弱交流信号，从而有效识别出量得到两个只跟输入信号幅值和相位有关的直流输出分钢轨缺陷。量，通过计算这两个输出分量的值，就可以得到正弦信号的1锁相放大算法理论分析与设计幅值和相位。1．1锁相放大理论分析数字锁相放大算法设计的核心内容是正交数字相敏检如图l是数字锁相放大器的基本结构，对于正弦信号，波器和低通滤波器的设计。收稿日期：2014-04—15基金项目：国家自然科学基金资助

8、项目(61227002)；教育部留学回国人员科研基金资助项目(WllC300010)第1期席佩涛，等：基于数字锁相放大算法的电磁传感器探伤研究551．2正交相敏检波器的设计相敏检波器的实质是乘法器，作用是将