CN101140266B - 基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置 - Google Patents

Abstract

基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，属于超声波无损检测装置，目的在于克服纵向模式导波衰减较大，存在明显频散效应的不足，检测时无须对构件表面进行处理。本发明包括脉冲信号发生器、功率放大器、磁致伸缩扭转波传感器、信号预处理器、A/D转换器以及计算机；磁致伸缩扭转波传感器包括激励单元和接收单元。计算机控制脉冲信号的产生，经功率放大器放大，通过激励单元在构件中产生扭转波，接收单元接收构件中传播的扭转波，经信号预处理器处理，通过A/D转换器转换为数字信号，通过计算机处理获得构件的缺陷信息。本发明可方便的激励和接收扭转波，检测出沿构件轴线方向的缺陷，可应用于带包覆层管道，带PE护管缆索的长距离检测。

Description

基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置 

技术领域

本发明属于超声波无损检测装置，特别涉及一种基于磁致伸缩导波检测管道、斜拉索等构件缺陷的装置。 

背景技术

现有技术中对管道、钢棒、钢丝绳及类似的导磁构件中缺陷的检测主要由磁粉、涡流、超声等方法。上述方法存在一个问题就是如要检测构件的特定部位必须将传感器放置或扫描过相应位置，然而在实际使用现场有些位置是不可达的，如钢丝绳的桃形环，深埋入地下的管道等，而这些部位往往是使用中的关键部位。超声导波具有一点激励、可检测一段距离的优点，被逐渐应用到检测实践中，专利号96193606.1公布了一种利用磁致伸缩传感器的管道和钢管无损检测方法和设备，该专利公开了纵向模式的导波传感器，主要用于检测横向缺陷，纵向模式的导波在构件中的衰减较大，存在较明显的频散效应。专利申请号200480038549.4公开了一种用于热交换管的扭转波检测的方法和系统，主要利用一种导波探针方案，从管子内部产生和接收扭转波信号实现缺陷检测，但该方法无法从管道外部激励和接收扭转波，对构件进行检测时须对构件内表面进行处理。 

发明内容

本发明提供一种基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，目的在于克服纵向模式导波衰减较大，存在较明显的频散效应的不足，检测时无须对构件表面进行处理。 

本发明的一种基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，包括脉冲信号发生器、功率放大器、磁致伸缩扭转波传感器、信号预处理器、A/D转换器以及计算机；其特征在于： 

所述磁致伸缩扭转波传感器包括激励单元和接收单元，计算机通过电缆连接脉冲信号发生器控制端，脉冲信号发生器输出电信号连接功率放大器，功率放大器通过电缆连接激励单元，激励单元利用磁致伸缩效应在被检测的构件中激励扭转波信号； 

接收单元利用逆磁致伸缩效应将被检测构件中的扭转波信号转换为电信号，输出到信号预处理器，信号预处理器电信号连接A/D转换器，转换后的数字信号输入计算机的信号采集端。 

所述的基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，其特征在于： 

所述的激励单元和接收单元结构相同，壳体中间开有矩形槽，矩形槽内安放永久磁铁，永久磁铁极性为竖直方向，矩形槽两侧分别开有斜槽，斜槽内放置线圈，壳体上表面装有盖板，用于保护永久磁铁和线圈，两线圈分别与盖板上的插座连接，壳体底面为倒V型或圆弧面。 

所述的基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，其特征在于：所述永久磁铁采用稀土永磁体，数量为1～20块叠加；所述的接收单元中设有前置放大器，线圈接收到扭转波信号，送到前置放大器处理后再送入信号预处理器进行处理。 

所述的基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，其特征在于： 

所述的激励单元有M个，并列构成阵列使用，壳体中间矩形槽内的永久磁铁极性面相同；所述的接收单元有N个，并列构成阵列使用，壳体中间矩形槽内的永久磁铁极性面相同；M为2～100，N为2～100。 

本发明中计算机控制脉冲信号的产生，该信号经功率放大器放大后，通过磁致伸缩扭转波传感器的激励单元在构件中产生扭转波，该扭转波在构件中传播，并由接收单元接收构件中传播的扭转波为电信号，经信号预处理器处理后，由A/D转换器转换为数字信号，通过计算机处理获得构件的缺陷信息。利用本发明可方便的激励和接收扭转波，检测出沿构件轴线方向的缺陷，由于扭转波在构件传播中受外界影响小，衰减少，可应用于带包覆层管道，带PE护管缆索的长距离检测。 

附图说明

图1为本发明的构成示意图； 

图2为本发明中扭转波传感器激励单元的结构图； 

图3为本发明中带前置放大器的接收单元的结构图； 

图4为扭转波传感器安装在钢管上的示意图； 

图5为利用本发明在钢管上获得的信号波形图。 

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的内容。 

如图1所示，本发明中，磁致伸缩扭转波传感器2包括激励单元3和接收单元9，计算机6通过通讯电缆与脉冲信号发生器5的控制端连接，脉冲信号发生器5的输出端连接功率放大器4的输入端，功率放大器4的输出端通过高频电缆连接到激励单元3，激励单元3利用磁致伸缩效应在被检测的构件1中激励扭转模态的弹性波，接收单元9利用逆磁致伸缩效应将弹性波信号转换为电信号，接收单元9的输出端连接到信号预处理器8的输入端，信号预处理器8的输出端连接到A/D转换器7的输 入端，经转换后的数字信号由A/D转换器7的输出端与计算机6的信号采集输入端连接。 

图2所示为本发明中磁致伸缩扭转波传感器激励单元的结构图，由永久磁铁10、线圈11、盖板12、插座13、壳体14构成。永久磁铁10和线圈11安装在壳体14内部，永久磁铁10位于壳体14的正上方，且保证磁铁的磁极方向垂直于壳体14，线圈11两个为一组，分别安装在垂直于壳体14的两边。壳体14和盖板12用于保护内部的结构，盖板12正中央开孔安装插座13，插座13用于激励信号的输入和接收信号的输出。 

接收单元和激励单元的结构可以完全相同，具体实施时，可以将激励单元线圈的直径设计的比接收单元线圈的直径粗，但接收单元线圈的匝数可设计较多。 

图3所示为带前置放大器的接收单元的结构图，与图2相比，接收单元配有前置放大器15提高信号的稳定性。 

以下结合本发明的内容提供一个实施例。 

待测构件为长度3200mm、内径为26mm、外径为38mm的钢管，缺陷16沿轴向，长为40mm、宽为0.5mm、深度为2mm，位于距端部810mm处，磁致伸缩扭转波传感器安装示意图如图4所示。激励单元3和接收单元9结构如图2所示，其中2个激励单元以相对待测构件轴心对称位置放置，激励单元的线圈为长100mm，宽35mm，匝数5匝，用线径为1mm的漆包铜线绕制而成；永久磁铁采用稀土永磁体，数量为4块叠加；1个接收单元线圈为长55mm，宽35mm，匝数40匝，用线径为0.18mm的漆包铜线绕制而成；永久磁铁采用稀土永磁体，数量为4块叠加。首先分别将激励单元和接收单元安装在钢管上，利用计算机设置脉冲信号发生器的频率为40KHz、脉冲的个数为2个、间隔时间为150ms，重复次数为500次。脉冲信号经功率放大器放大后传输到激励单元，通过磁致伸缩效应在构件中产生扭转模态的弹性波，接收单元利用逆磁致伸缩 效应将弹性波信号转换为电信号，信号经预处理器后进入A/D转换器，然后进入到计算机，得到的检测信号如图5所示。图5中标识为：通过空气耦合电磁脉冲信号M₁，第一次通过接收单元的信号S₁，右端部回波信号S₂，左端部回波信号S₃，缺陷的回波信号F₁。 

Claims (3)

1.一种基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，包括脉冲信号发生器、功率放大器、磁致伸缩扭转波传感器、信号预处理器、A/D转换器以及计算机；所述磁致伸缩扭转波传感器包括激励单元和接收单元，计算机通过电缆连接脉冲信号发生器控制端，脉冲信号发生器输出电信号连接功率放大器，功率放大器通过电缆连接激励单元，激励单元利用磁致伸缩效应在被检测的构件中激励扭转波信号；接收单元利用逆磁致伸缩效应将被检测构件中的扭转波信号转换为电信号，输出到信号预处理器，信号预处理器的输出端连接到A/D转换器的输入端，转换后的数字信号输入计算机的信号采集端；其特征在于：

所述的激励单元和接收单元结构相同，壳体中间开有矩形槽，矩形槽内安放永久磁铁，永久磁铁极性为竖直方向，矩形槽两侧分别开有斜槽，斜槽内放置线圈，壳体上表面装有盖板，用于保护永久磁铁和线圈，两线圈分别与盖板上的插座连接，壳体底面为倒V型或圆弧面。

2.如权利要求1所述的基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，其特征在于：所述永久磁铁采用稀土永磁体，数量为1～20块叠加；所述的接收单元中设有前置放大器，线圈接收到扭转波信号，送到前置放大器处理后再送入信号预处理器进行处理。

3.如权利要求1或2所述的基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置，其特征在于：

所述的激励单元有M个，并列构成阵列使用，壳体中间矩形槽内的永久磁铁极性面相同；所述的接收单元有N个，并列构成阵列使用，壳体中间矩形槽内的永久磁铁极性面相同；M为2～100，N为2～100。

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