CN101281171B - 高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法，属于线材探伤技术领域。该系统由电磁超声换能器、磁化装置、前置放大器和电磁超声探伤仪；电磁超声换能器(1)放置在磁化装置(2)之中，而电磁超声换能器(1)又与前置放大器(3)相连，前置放大器(3)再与电磁超声探伤仪(4)连接。电磁超声换能器与磁化装置共同作用，在被检测高速线材中激发和接收电磁超声导波；电磁超声换能器将接收到的微弱超声波检测回波信号送给前置放大器进行放大后，再送给电磁超声探伤仪；电磁超声探伤仪采用高速数据采集和高速计算机运算对检测信号进行处理、甄别和判断，实现对高速线材中缺陷的检出。优点在于，可以对高速线材的质量实施在线快速检测。
Description
技术领域
本发明属于线材探伤技术领域，特别是提供了一种高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法。
背景技术
线材是工程结构和机械零件制造的主要用材。线材的品种规格多，应用广泛，约占我国钢产量的10％。现代工业和建筑业对线材的质量要求愈来愈高，尤其是铁路桥梁、大跨度斜拉桥、大型建筑结构所用的高强度预应力钢筋、钢绞线以及用于汽车工业、机械行业的各类专用钢丝的原材料等。目前我国对于优质线材仍需大量进口，其主要原因在于质量可靠性方面的差距，而有效的无损检测恰是解决此问题的重要手段之一。因此，对于重要应用目的的高速线材进行无损检测是非常必要的。
在线材的轧制过程中，通过无损检测的方式获取线材的质量信息，既可以及时发现线材中存在的缺陷，又可以对生产过程进行控制来以调整和改善轧制工艺，这些对确保线材产品质量和节约能源均具有重要的价值。目前，高速线材的在线无损检测已成为国际上非常关注和致力于开发的重要前沿技术，也是我国急需重点发展的检测技术之一。
在当前各种线材的在线检测技术中，应用超声导波检测线材具有检测速度快、检测灵敏度高、可实现线材的内部、表面整体检测等特点，因此，最适合于线材的高速探伤检测。
电磁超声检测法是一种全新的超声波探伤技术，它不使用耦合剂，不需要与被检测工件接触，通过电磁感应可在工件中直接激发出超声波。所以，利用电磁超声法激发超声导波，最适于高速线材的在线探伤检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法，将其安装在线材的生产线上，可以对高速线材的质量实施在线快速检测，及时发现线材表面及内部的缺陷，确保线材产品的质量。
本发明的高速线材电磁超声导波检测系统由电磁超声换能器、磁化装置、前置放大器和电磁超声探伤仪组成，如图1所示。其中，电磁超声换能器1放置在磁化装置2之中，而电磁超声换能器1又与前置放大器3相连，前置放大器3再与电磁超声探伤仪4连接。本发明的工作原理是，电磁超声换能器1与磁化装置2共同作用，在被检测高速线材5中激发和接收电磁超声导波。电磁超声换能器1将接收到的微弱超声波检测回波信号送给前置放大器3进行放大后，再送给电磁超声探伤仪4。电磁超声探伤仪4采用高速数据采集和高速计算机运算对检测信号进行处理、甄别和判断，实现对高速线材中缺陷的检出。
本发明中的电磁超声探伤仪4的组成框图如图2所示，它由脉冲发生器6、发射电路7、同步触发器8、可调增益放大器9、A/D转换器10和计算机11组成。电磁超声探伤仪4的工作原理是：由同步触发器8控制脉冲发生器6产生脉冲；脉冲经发射电路7增加能量后，输出给电磁超声换能器1以激发超声导波；从电磁超声换能器1获得的带有高速线材质量信息的检测信号首先经前置放大器3进行放大后，送给可调增益放大器9对检测信号进行幅度调节放大，以适应计算机11对信号幅度的处理要求；可调增益放大器9的输出信号送A/D转换器10进行模数信号转换，之后送交计算机11。计算机11完成对信号的甄别，判断线材中是否存在缺陷。
本发明中实现高速线材检测所使用的电磁超声导波由图1中的电磁超声换能器1与磁化装置2共同作用产生。在居里温度下，铁磁性金属高速线材具有较强的磁性，此时，利用铁磁性金属的磁致伸缩效应可以激发出电磁超声导波。图3给出了以磁致伸缩效应在线材中激发超声导波的原理示意图。磁化装置2在被检测高速线材上施加一轴向的稳恒磁场B(激磁场)，同时，电磁超声换能器1在被检测高速线材表面感应出沿轴向的交变扰动磁场BL，高速线材中的磁畴在两磁场的合成力FM作用下发生磁致伸缩效应，磁畴产生周期性壁移和旋转。这种磁致伸缩效应沿线材轴向传播便形成超声导波。超声导波在被检测高速线材5中传播，当遇到缺陷后，即会产生反射回波被换能器1接收到。电磁超声换能器1将获得的回波信号送给前置放大器3进行放大，之后再通过电磁超声探伤仪4中的可调增益放大器9对其进行幅度调节放大；可调增益放大器9的输出信号送A/D转换器10进行模数信号转换，之后送交计算机11。计算机11完成对信号的甄别，给出线材中是否存在缺陷的判断。
本发明的优点
本发明所述的电磁超声检测系统和检测方法用于高速线材在线自动探伤的特点是，不象传统的压电超声探伤那样需要使用液态耦合介质，换能器不需要与被检测线材接触，只在高速线材穿过电磁超声换能器的过程中即可完成对整个线材截面的探伤检测。
本发明用于高速线材的在线自动检测可以做到：
①在高速线材穿过电磁超声换能器的同时，即同步实现对线材的探伤检测。
②适应的高速线材检测速度为120m/s；
③能检测出高速线材中反射面积为1/300线材横接面积的缺陷；
④全自动检测无需操作人员判伤。
附图说明
图1为本发明系统示意图。其中，电磁超声换能器1、磁化装置2、前置放大器3、仪器系统4、被检测高速线材5。
图2为本发明的电磁超声探伤仪的组成框图。其中，脉冲发生器6、发射电路7、同步触发器8、可调增益放大器9、A/D转换器10、计算机11。
图3为本发明的磁致伸缩效应在高速线材中激发超声导波的原理示意图。
具体实施方式
图1～图3为本发明的一种具体实施方式。
电磁超声探伤仪4中的同步触发器8控制脉冲发生器6产生脉冲；脉冲经发射电路7增加能量后，输出给电磁超声换能器1，这样，换能器1就会在被检测高速线材5的表面感应出沿轴向的交变扰动磁场BL。在磁化装置2中通入直流电流，会在被检测高速线材5上施加一轴向的稳恒磁场B(激磁场)。被检高速线材5中的磁畴在上述两磁场的合成力FM作用下发生磁致伸缩效应，磁畴产生周期性壁移和旋转。这种磁致伸缩效应沿高速线材5轴向传播便形成超声导波。超声导波在被检测高速线材5中传播，当遇到缺陷后，即会产生反射回波被换能器1接收到。电磁超声换能器1将获得的回波信号送给前置放大器3进行放大，之后再通过电磁超声探伤仪4中的可调增益放大器9对其进行幅度调节放大；可调增益放大器9的输出信号送A/D转换器10进行模数信号转换，之后送交计算机11。计算机11完成对信号的甄别，给出线材中是否存在缺陷的判断。
Claims (2)
1.一种高速线材电磁超声导波检测系统，其特征在于，该系统由电磁超声换能器、磁化装置、前置放大器和电磁超声探伤仪；电磁超声换能器(1)放置在磁化装置(2)之中，而电磁超声换能器(1)又与前置放大器(3)相连，前置放大器(3)再与电磁超声探伤仪(4)连接；电磁超声换能器(1)与磁化装置(2)共同作用，在被检测高速线材(5)中激发和接收电磁超声导波；电磁超声换能器(1)将接收到的微弱超声波检测回波信号送给前置放大器(3)进行放大后，再送给电磁超声探伤仪(4)；电磁超声探伤仪(4)采用高速数据采集和高速计算机运算对检测信号进行处理、甄别和判断，实现对高速线材中缺陷的检出；
电磁超声探伤仪(4)由脉冲发生器(6)、发射电路(7)、同步触发器(8)、可调增益放大器(9)、A/D转换器(10)和计算机(11)组成；由同步触发器(8)控制脉冲发生器(6)产生脉冲；脉冲经发射电路(7)增加能量后，输出给电磁超声换能器(1)以激发超声导波；从电磁超声换能器(1)获得的带有高速线材质量信息的检测信号首先经前置放大器(3)进行放大后，送给可调增益放大器(9)对检测信号进行幅度调节放大，以适应计算机(11)对信号幅度的处理要求；可调增益放大器(9)的输出信号送A/D转换器(10)进行模数信号转换，之后送交计算机(11)，计算机(11)完成对信号的甄别，判断线材中是否存在缺陷。
2.一种采用权利要求1所述的系统进行高速线材电磁超声导波检测的方法，其特征在于，电磁超声导波由电磁超声换能器(1)与磁化装置(2)共同作用产生；在居里温度下，铁磁性金属高速线材具有较强的磁性，此时，利用铁磁性金属的磁致伸缩效应激发出电磁超声导波；磁化装置(2)在被检测高速线材上施加一轴向的稳恒磁场B激磁场，同时，电磁超声换能器(1)在被检测高速线材表面感应出沿轴向的交变扰动磁场BL，高速线材中的磁畴在两磁场的合成力FM作用下发生磁致伸缩效应，磁畴产生周期性壁移和旋转；这种磁致伸缩效应沿线材轴向传播便形成超声导波；超声导波在被检测高速线材(5)中传播，当遇到缺陷后，产生反射回波被换能器(1)接收到，电磁超声换能器(1)将获得的回波信号送给前置放大器(3)进行放大，之后再通过电磁超声探伤仪(4)中的可调增益放大器(9)对其进行幅度调节放大；可调增益放大器(9)的输出信号送A/D转换器(10)进行模数信号转换，之后送交计算机(11)；计算机(11)完成对信号的甄别，给出线材中是否存在缺陷的判断。
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