CN101451976B - 一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法 - Google Patents

一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法 Download PDF

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Abstract

一种磁致伸缩导波检测中工作点的确定方法，属于无损检测技术领域。本发明通过将检测信号的第一个非电磁脉冲信号作为参考信号，分别通过改变激励单元偏置磁场的磁化强度和接收单元偏置磁场的磁化强度，得到一系列参考信号的峰峰值。通过求取信号峰峰值最大值对应的偏置磁场的磁化强度，得到构件磁致伸缩导波检测的工作点，保证了磁致伸缩导波检测的效率，从而为提高磁致伸缩导波检测的精度提供一种方法。

Description

一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种磁致伸缩导波检测中工作点的确定方法。
背景技术
磁致伸缩导波检测技术具有导波技术的单点激励实现长距离检测的优点，尤其可以检测常规检测方法无法检测的区域，同时由于磁致伸缩导波检测技术的非接触特点，在压力管道、钢丝绳等细长导磁构件的检测中得到广泛应用。在磁致伸缩导波检测技术中，合适的静态偏置磁场强度是实现检测的重要条件，直接影响到能否实现缺陷检测。如何确定静态偏置磁场强度的大小，从而使得检测系统处在工作点上，一直是一个难题。静态偏置磁场的强度原来主要通过经验确定，效率较低，同时还不能保证系统处于工作点。专利申请号为96193606.1的发明专利公开了一种利用磁致伸缩传感器的管道和管子无损检验。公布了一种利用磁致伸缩效应实现管道缺陷检测的方法，对系统的工作原理和构成进行了介绍。在专利描述的检测系统中，只提及了使用直流偏置磁场的原因是为了提高耦合效率和偏置磁场的实现方法可以利用电磁铁也可以利用永磁铁，没有介绍如何确定偏置磁场的强度使得整个系统工作在最佳状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，工作点被定义为最佳检测状态，此时能量耦合效率最高，从而提高磁致伸缩导波检测的精度。
一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，包括确定激励单元工作点和确定接收单元工作点两步骤，具体如下：
确定激励单元工作点的步骤：设定激励线圈的电压和接收单元磁化器的磁化强度为定值，改变激励单元偏置磁场的磁化强度，记录接收单元接收到的首个非电磁脉冲信号在不同磁化强度下的峰峰值，记最大峰峰值对应的磁化强度为激励单元工作点；
确定接收单元工作点的步骤：设定激励单元磁化器的磁化强度和激励线圈的电压为定值，改变接收单元偏置磁场的磁化强度，记录接收单元接收到的首个非电磁脉冲信号在不同磁化强度下的峰峰值，记最大峰峰值对应的磁化强度为接收单元工作点。
作为本发明的改进，首先执行确定激励单元工作点的步骤，再执行确定接收单元工作点的步骤，在确定接收单元工作点的步骤中，将所述激励单元磁化器的磁化强度设定为已确定的激励单元工作点；
作为本发明的改进，首先执行确定接收单元工作点的步骤，再执行确定激励单元工作点的步骤，在确定激励单元工作点的步骤中，将所述接收单元磁化器的磁化强度设定为已确定的接收单元工作点。
本发明的技术效果体现在：本发明的技术原理是磁致伸缩换能效率与偏置磁场的磁化强度有关，对铁磁性材料而言，换能效率与偏置磁场的磁化强度存在类似抛物线的关系。传统确定偏置磁场磁化强度的方法是根据设计者的经验来确定，无法保证整个系统工作在最佳状态，从而影响到磁致伸缩导波检测的效率。利用本发明的方法，通过实验分别改变激励单元偏置磁场磁化强度和接收单元偏置磁场磁化强度的大小，从而确定构件磁致伸缩导波检测的工作点，保证了磁致伸缩导波检测的效率，为提高磁致伸缩导波检测的精度提供一种方法。
附图说明
图1是磁致伸缩导波检测的安装图。
图2是磁致伸缩导波检测的信号示意图。
图3是在直径60毫米钢管上激励端永久磁铁磁化面积与接收信号峰峰值的关系曲线图。
图4是在直径60毫米钢管上接收端永久磁铁磁化面积与接收信号峰峰值的关系曲线图。
图5是检测构件金属截面积和工作点对应永久磁铁磁化面积的关系曲线图。
具体实施方式
将磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上，其中激励单元包括激励线圈和产生静态偏置磁场的磁化器，接收单元包括接收线圈和产生静态偏置磁场的磁化器。确定磁致伸缩导波检测工作点包括两部分：一是确定激励单元工作点，二是确定接收单元工作点。
磁致伸缩导波检测的安装图如图1所示。首先将激励单元产生偏置磁场的磁化器2、激励线圈3和接收单元产生偏置磁场的磁化器4、接收线圈5分别安装在被测构件1上，磁化器的磁化强度可通过调整永久磁铁6或电磁铁来改变。
利用磁致伸缩导波检测系统得到接收单元的信号如图2所示，其中P为电磁脉冲信号，S为第一个非电磁脉冲信号，其峰峰值为V。
保持接收单元磁化器4的磁化强度和激励线圈3的电压不变，将激励单元磁化器2的磁化强度设为MT1，得到接收单元信号S的峰峰值为VT1；改变激励单元磁化器2的磁化强度为MTi，得到一系列对应的接收单元信号S的峰峰值为VTi，直到VTi出现下降为止；求取序列{VTi}的最大值VTmax，得到对应于VTmax的激励单元磁化器2磁化强度MTmax，则MTmax为激励端的磁化工作点。
设定激励单元磁化器2的磁化强度为MTmax，保持激励线圈3的电压不变，将接收单元磁化器4的磁化强度设为MR1。利用磁致伸缩导波检测系统得到接收单元信号S的峰峰值为VR1。改变接收单元磁化器4的磁化强度为MRi，得到一系列对应的接收单元信号S的峰峰值为VRi，直到VRi出现下降为止。求取序列{VRi}的最大值VRmax，得到对应于VRmax的接收单元磁化器4磁化强度MRmax，则MRmax为接收端的磁化工作点。
将激励端的磁化工作点MTmax和接收端的磁化工作点MRmax结合起来，则可以得到磁致伸缩导波检测的工作点。
以下结合本发明的内容提供一个实施例。
待测构件为外径60mm，壁厚7mm，截面积1166mm2的钢管。首先将激励单元磁化器、激励线圈和接收单元磁化器、接收线圈分别安装在钢管上。激励单元磁化器和接收单元磁化器均由永久磁铁和衔铁组成，由于在实际工作过程中，测量构件中的磁化强度有一定难度，而根据磁路设计原理，构件中的磁化强度与永久磁铁的磁化面积具有下式所示的关系，
Sm＝KMgSg/Mm
其中Sm为被永磁铁的磁化面积，K为磁化系数由磁路参数确定，Mg为被测构件的磁化强度，Sg为被测构件的的截面积，Mm为永磁铁的磁化强度，因此，采用永久磁铁磁化面积代表构件的磁化强度，从而将不易测量的磁致伸缩工作点的磁化强度转化为容易测量的永久磁铁磁化面积，得到一种定量的确定磁致伸缩工作点的方法。设置接收单元永久磁铁磁化面积为3600mm2，分别将激励单元永久磁铁磁化面积为1200mm2、2400mm2、3600mm2、4800mm2、6000mm2、7200mm2，得到接收单元第一个非电磁脉冲信号峰峰值分别为0.62V、1.42V、1.93V、2.23V、2.15V、2.02V，利用以上数据建立激励端永久磁铁磁化面积与接收信号峰峰值的关系曲线如图3所示。从图3和接收信号峰峰值的电压序列可以看到电压最大值为2.23V，对应的磁化面积为4800mm2，所以激励端的磁化工作点为4800mm2。设置激励单元永久磁铁磁化面积为4800mm2，分别将接收单元永久磁铁磁化面积设置为1200mm2、2400mm2、3600mm2、4800mm2、6000mm2、7200mm2，得到接收单元第一个非电磁脉冲信号峰峰值分别为0.8V、1.7V、2.23V、2.7V、2.6V、2.53V，利用以上数据建立接收端永久磁铁磁化面积与接收信号峰峰值的关系曲线如图4所示。从图4和接收信号峰峰值的电压序列可以看到电压最大值为2.7V，对应的偏置磁场永久磁铁磁化面积为4800mm2，所以接收端的磁化工作点为4800mm2。结合以上实验结果，可以得到待测钢管的磁致伸缩导波检测工作点为激励端偏置磁场永久磁铁磁化面积和接收端偏置磁场永久磁铁磁化面积均为4800mm2。
利用上述方法分别对直径为18mm，壁厚为3mm，截面积为141.4mm2、直径为38mm，壁厚为6mm，截面积为603mm2、直径为89mm，壁厚为6mm，截面积为1564mm2、直径为127mm，壁厚为10mm，截面积为8400mm2的钢管进行了确定磁致伸缩导波检测工作点的实验，得到的结果是激励端和接收端的偏置磁场永久磁铁磁化面积一样，分别为1200mm2、2400mm2、6400mm2、8400mm2、9600mm2，利用以上数据得到检测构件金属截面积和工作点对应永久磁铁磁化面积的关系曲线如图5所示。

Claims (3)

1.一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，包括确定激励单元工作点和确定接收单元工作点两步骤，工作点为最佳检测状态，此时能量耦合效率最高，该方法具体如下：
确定激励单元工作点的步骤：设定激励线圈的电压和接收单元磁化器的磁化强度为定值，改变激励单元偏置磁场的磁化强度，记录接收单元接收到的首个非电磁脉冲信号在不同磁化强度下的峰峰值，记最大峰峰值对应的磁化强度为激励单元工作点；
确定接收单元工作点的步骤：设定激励单元磁化器的磁化强度和激励线圈的电压为定值，改变接收单元偏置磁场的磁化强度，记录接收单元接收到的首个非电磁脉冲信号在不同磁化强度下的峰峰值，记最大峰峰值对应的磁化强度为接收单元工作点；
所述接收单元磁化器和激励单元磁化器由永久磁铁和衔铁构成，磁化强度通过调整永久磁铁的磁化面积来改变。
2.根据权利要求1所述的一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，其特征在于，首先执行确定激励单元工作点的步骤，再执行确定接收单元工作点的步骤，在确定接收单元工作点的步骤中，将所述激励单元磁化器的磁化强度设定为已确定的激励单元工作点。
3.根据权利要求1所述的一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，其特征在于，首先执行确定接收单元工作点的步骤，再执行确定激励单元工作点的步骤，在确定激励单元工作点的步骤中，将所述接收单元磁化器的磁化强度设定为已确定的接收单元工作点。
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