[发明专利]一种基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测装置，其特征在于，所述检测装置包括平面阵列电磁层析成像传感器支架(1)、电磁线圈模块(2)、通道切换模块(3)、信号调理模块(4)、数据采集模块(5)、功率放大模块(6)、信号发生模块(7)、现场可编程门阵列FPGA(8)和上位机(9)，所述电磁线圈模块(2)由2n(n≥2)个激励线圈和检测线圈组成，每个电磁线圈模块是由固定圈数的漆包铜线在电磁线圈模块骨架(10)上绕制而成，所述激励线圈依次与通道切换模块(3)、功率放大模块(6)、信号发生模块(7)、FPGA(8)相连接，所述检测线圈依次与通道切换模块(3)、信号调理模块(4)、数据采集模块(5)、FPGA相连接，所述FPGA与上位机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测装置，其特征在于，所述平面阵列电磁层析成像传感器支架(1)包括两种结构：O型分布式结构和矩阵分布式结构。

3.根据权利要求1所述的基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测装置，其特征在于：所述电磁线圈模块(2)按一定规律等间隔嵌入到平面阵列电磁层析成像传感器支架(1)中，并且电磁线圈模块轴线垂直于被测储罐底板表面。

4.利用权利要求1～3任一项所述的基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测装置的检测方法，其特征在于，具体检测步骤如下：

A、由上位机(9)发送信号控制FPGA(8)，利用信号发生模块(7)产生激励交流信号，经过功率放大模块(6)和通道切换模块(3)后，注入给选定的激励线圈，会在被测物场周围产生交变激励磁场即主磁场；

B、该激励磁场作用在被测储罐底板上，在底板表面诱导产生涡流，涡流产生二次磁场，和激励磁场产生调制作用形成复合磁场，该复合磁场作用在选定的检测线圈上，产生感应电压信号；

C、该感应电压信号经过信号调理模块(4)进行信号的放大和滤波处理，并经过数据采集模块(5)，传输至FPGA(8)；

D、重复上述步骤，直到采集到所有投影方向的测量电压信号为止，并经FPGA(8)传输至上位机(9)；

E、上位机(9)对测量电压信号进行数据解调，得到幅值和相位信息，并利用专用的图像重建算法，重建出底板腐蚀缺陷的二维分布图像，直观显示底板腐蚀缺陷的个数、位置等信息。

5.根据权利要求4所述的基于电磁层析成像的储罐底板腐蚀检测方法，其特征在于，在步骤E中，所述的图像重建算法过程如下：

(1)利用有限元法求解电磁层析成像正问题，进而利用模型扰动法求解该EMT的灵敏度矩阵，并对灵敏度矩阵和测量电压信号幅值进行归一化处理，得到U＝Sg归一化线性方程，其中，U是归一化测量电压值向量，S是归一化灵敏度矩阵，g是归一化磁导率分布向量，代表图像灰度值；

(2)将归一化方程转换为最优化方程如下：

对该目标泛函求极值，可以得到Landweber算法迭代形式如下：

为了加快Landweber迭代算法的收敛过程，提出了一种基于预处理的改进Landweber算法，其迭代形式如下：

其中，D为预处理矩阵，D＝(S^TS+μI)^-1，则上式转换为：

其中，μ是正则化参数，α是迭代步长，利用最小二乘法求取迭代步长α；

首先构造最小二乘误差函数如下：

J(g_k+1)＝||U-Sg_k+1||²＝(U-Sg_k+1)^T(U-Sg_k+1)

为了使误差最小，需要求解目标泛函J的极小值，得到最优的迭代步长α，对J求导并令其导数等于零，得到：

求得最优迭代步长如下：

为了使得所求解在物理上是有意义的，需要对被测物质的图像灰度值进行修正，使其非负，并且有上界，一般设置在0和1之间，因此，引入投影算子如下：