CN101216460B - 基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，用于判断缺陷在被测材料的内壁还是外壁，属于无损检测领域。其特征在于，包括有如下三个基本步骤：1)利用交直流复合磁化方法对材料进行漏磁检测；2)将传感器检测到的漏磁信号进行频谱分析，求出缺陷部分交流漏磁信号的频率分量的大小；3)给定交流频率分量的阀值，通过比较检测的漏磁信号中的交流频率分量和阀值的大小，来判断缺陷在被测材料的内壁还是外壁。利用本发明可以在一次漏磁检测中方便的同时确定缺陷的位置和进行内外壁识别，有利于漏磁检测后对缺陷量化工作的进行。

Description

基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法

技术领域

本发明涉及一种交直流复合磁化的漏磁检测方法，用于对缺陷进行内外壁识别，属于无损检测技术领域。

背景技术

漏磁检测是较常用的无损检测方法，在铁磁性材料质量检测和安全监测方面有广泛应用，但是，对被测材料进行内外壁缺陷识别，区分缺陷在被测材料的内壁还是外壁一直是无损检测研究领域的一道技术难题。中国专利文献公开了一种“管道腐蚀缺陷类型识别方法”(公开号：CN1587785，公开日：2005.3.2)，该技术涉及一种管道腐蚀缺陷的区分技术，如“一般腐蚀缺陷”、“腐蚀坑缺陷”、“轴向凹沟”、“周向凹沟”、“针孔缺陷”、“轴向槽缺陷”、“周向槽缺陷”等，但该技术不能用来区分缺陷的内外壁特征。而专利“管道检测缺陷定位系统”(公开号：CN1828284，公开日：2006.9.6)，该技术涉及一种管道缺陷的定位技术，它利用漏磁检测器的缺陷检测传感器本身，并使用里程仪记录的相对位置信息，同时实现了缺陷检测和检测器的精确定位，克服了由于管道内壁杂质等引起的里程轮打滑造成的定位误差累积，为管道的检修和管道状况的准确记录提供了保证。但该技术只能在管道长度方向上对缺陷进行定位，仍然无法确定缺陷的内外壁信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种在漏磁检测中区分内外壁缺陷的方法。其实质是利用交流磁化深度浅和直流磁化深度深的特点，将交直流叠加起来复合磁化来进行漏磁检测，根据缺陷漏磁信号中的交流分量信息来对缺陷进行内外壁识别。同时，由于有直流磁化分量，因此该方法仍能在管道长度方向上确定缺陷的位置。

本发明的特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤(1).初始化，在计算机中设定；

磁化时通入激励线圈的交流电流频率分量幅值的阀值δ是设定值；

频谱分析用的软件；

步骤(2).按以下步骤利用交直流复合磁化方法对缺陷待测工件进行漏磁检测：

步骤(2.1).在缺陷待测工件的内壁上放一个绕有激励线圈的磁芯，在所述激励线圈上通入直流和交流叠加的电流，直流磁化电流未达到饱和，安匝数在1000A~50000A中选取，交流电流的安匝数在5A~150A之间选取，从而在所述缺陷待测工件内外壁表面的缺陷处形成漏磁场；

步骤(2.2).用磁敏传感器检测所述缺陷待测工件缺陷处的漏磁场，把所述磁敏传感器检测到的电信号进行模数变换后送入所述计算机；

步骤(2.3).所述计算机利用频谱分析软件对所述数字信号进行频谱分析，信号频谱中除去直流分量后得到的最大幅值所对应的频率就是磁化时通入所述激励线圈的交流电流的频率，测出该频率分量的幅值大小A；

步骤(2.4).比较步骤(2.3)中得到的漏磁信号中交流部分的频率分量的幅值A与设定的交流频率分量幅值的阀值δ：

若：A＞δ，测缺陷在所述缺陷待测工件的内壁；

若：A＜δ，测缺陷在所述缺陷待测工件的外壁。

本发明的特征还在于，所述的δ为0.002；所通的交流磁化电流的频率在1000Hz~2000Hz之间；所通入的直流磁化电流使缺陷待测工件中磁感应强度达到饱和磁感应强度的80％；所述磁敏传感器在其上方与四周进行电磁屏蔽，而下方用于检测漏磁信号。

本发明提出的基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，其实质是利用交流磁化与直流磁化的不同特性，将交直流叠加起来磁化进行漏磁检测，从而实现直流分量定位，交流分量区分缺陷内外壁的功能。该方法利用一套设备既可以确定缺陷位置，又可以对缺陷进行内外壁识别。是实现缺陷的定量检测的重要一步，具有较广阔的应用前景。

附图说明

图1为利用交直流复合磁化区分缺陷内外壁方法的流程图。

图2为漏磁检测的原理图；1-缺陷待测工件，2-霍尔元件，3-磁芯，4-磁力线，5-激励线圈。

图3为检测外壁缺陷时磁场的分布图；6-饱和，7-缺陷，8-过饱和溢出，9-钢板。

具体实施方式

基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，主要包括如下三个基本步骤：1)利用交直流复合磁化方法对材料进行漏磁检测；2)将传感器检测到的漏磁信号进行频谱分析，求出缺陷部分交流漏磁信号的频率分量的大小；3)给定交流频率分量的阀值，通过比较检测的漏磁信号的交流频率分量和阀值的大小，来判断缺陷在被测材料的内壁还是外壁。

下面结合附图对上述各步骤作进一步的说明：

1)漏磁检测的基本原理如图2所示，当被测铁磁材料被磁化时，若材料的材质是连续、均匀的，则材料中的磁感应线将被约束在材料中。但当材料中存在着切割磁力线的缺陷时，磁感应线会改变途径，除了一部分磁通直接通过缺陷或在材料内部绕过缺陷外，还有部分的磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷再重新进入材料，在材料表面缺陷处形成漏磁场。采用磁敏传感器检测漏磁场从而确定缺陷位置的方法称为漏磁检测法。漏磁检测按磁化方式可分为交流磁化和直流磁化，交流磁化受集肤效应影响，检测深度浅，而直流磁化检测深度深。本发明利用交流磁化和直流磁化的不同特点，将交直流叠加起来对被测材料进行磁化。这样进行的漏磁检测中，缺陷漏磁场信号中同时含有直流信号和交流信号分量的缺陷就是内壁缺陷(靠近传感器一侧的缺陷)；而缺陷漏磁场信号中只含有直流信号分量的缺陷就是外壁缺陷(远离传感器一侧的缺陷)。这样就利用交直流复合磁化方式完成了内外壁缺陷的识别。

(1)交流磁化电流的频率不能太低。透入深度公式为 $d=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω\μ\γ}}}$

其中ω为角频率，μ为磁导率，γ为电导率。从公式中可以看出，透入深度随磁化电流频率的增大而减小，因此若是交流磁化电流的频率太小，会导致透入深度太大，透入深度大到与被测材料的厚度相当时，就无法区分缺陷的内外壁了。

(2)传感器要进行电磁屏蔽，若是不加屏蔽，由于空间漏磁场中存在交流漏磁信号，传感器检测到的磁场很可能是缺陷漏磁场与空间漏磁场的叠加，从而导致了无法区分。

(3)直流磁化电流的幅值不要太大。如图3所示，利用本发明测量外壁缺陷时，虽然交流磁场(图中粗线表示)无法到达缺陷部位，但缺陷上方的直流磁场(图中细线表示)可能达到过饱和状态，从而导致交流磁场溢出，这是外壁缺陷信号中含有交流分量的一个重要原因。减小直流磁化电流的幅值，会相应减小这种效应。

具体取直流电流1200匝，幅值为1.5A，交流电流60匝，频率为2000Hz，幅值为0.1A，同时传感器要在其上方与四周进行电磁屏蔽(传感器下方用来检测漏磁信号)。

2)磁敏传感器将漏磁场信号转变为电信号，利用数据采集卡将电信号采集到电脑之中，然后利用LabVIEW软件对采集到电脑中的漏磁信号进行频谱分析。图4是采用频率为2000Hz的交流电流与直流电流复合磁化进行漏磁检测所得的缺陷信号的频率谱(已除去直流分量)，测出谱中2000Hz的频率分量的幅值大小A为0.0032。

3)实际测量中外壁缺陷信号中的交流分量不可能为0，因此需要给定一个阀值δ，设δ＝0.002。通过缺陷信号中交流分量的幅值A与阀值δ的大小关系来判断缺陷在被测材料的内壁还是外壁。如果A＞δ，则可以判断缺陷在被测材料的内壁，如果A＜δ，则可以判断缺陷在被测材料的外壁。图4中缺陷信号频谱交流分量府值A＞δ，所以可判断出是内壁缺陷。

Claims (4)

1.基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，其特征在于，所述方法是利用计算机按以下步骤依次实现的：

步骤(1).初始化，在计算机中设定：

磁化时通入激励线圈的交流电流频率分量幅值的阀值δ是设定值，

频谱分析用的软件；

步骤(2).按以下步骤利用交直流复合磁化方法对缺陷待测工件进行漏磁检测：

步骤(2.1).在缺陷待测工件的内壁上放一个绕有激励线圈的磁芯，在所述激励线圈上通入直流和交流叠加的电流，直流磁化电流未达到饱和，安匝数在1000A～50000A中选取，交流电流的安匝数在5A～150A之间、频率在1000Hz～2000Hz之间选取，从而在所述缺陷待测工件内外壁表面的缺陷处形成漏磁场；

步骤(2.2).用磁敏传感器检测所述缺陷待测工件缺陷处的漏磁场，把所述磁敏传感器检测到的电信号进行模数变换后送入所述计算机；

步骤(2.3).所述计算机利用频谱分析软件对所述数字信号进行频谱分析，信号频谱中除去直流分量后得到的最大幅值所对应的频率就是磁化时通入所述激励线圈的交流电流的频率，测出该频率分量的幅值大小A；

步骤(2.4).比较步骤(2.3)中得到的漏磁信号中交流部分的频率分量的幅值A与设定的交流频率分量幅值的阀值δ：

若：A＞δ，测缺陷在所述缺陷待测工件的内壁；

若：A＜δ，测缺陷在所述缺陷待测工件的外壁。

2.根据权利要求1所述的基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，其特征在于，所通的交流磁化电流的频率在1000Hz～2000Hz之间。

3.根据权利要求1所述的基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，其特征在于，所通入的直流磁化电流使缺陷待测工件中磁感应强度达到饱和磁感应强度的80％。

4.根据权利要求1所述的基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法，其特征在于，所述磁敏传感器在其上方与四周进行电磁屏蔽，而下方用于检测漏磁信号。

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