CN102087245A - 基于非晶合金的电磁检测传感器 - Google Patents

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Abstract

一种基于非晶合金的电磁检测传感器，它包括检测探头、检测信号二维分解变换器、信号采集和调理电路，其特征是检测探头连接检测信号二维分解变换器，检测信号二维分解变换器连接信号采集和调理电路。本发明的优点是：通过基于鉴相原理的阻抗二维分解方法，将缺陷信息与提离等干扰信息加以区分，实现金属材料表面缺陷快速、准确地定量化检测和识别。

Description

基于非晶合金的电磁检测传感器
技术领域
本发明涉及一种电磁检测传感器，尤其涉及一种基于非晶合金的电磁检测传感器。
背景技术
涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，它利用在交变磁场作用下不同材料会产生不同振幅和相位的涡流来检测材料物理性能、缺陷和结构情况的差异。
电磁检测传感器是检测设备的关键部件。我国虽有不少单位研制了多种新式传感器，但品种仍不够多，有必要加紧研制适用于各种场合的高性能新式传感器。
电磁检测传感器由敏感元件（检测探头）和测量电路组成。
通过研制特殊结构探头提高涡流检测的渗透深度和灵敏度成为近年来国内外无损检测领域的研究重点之一。由于线圈的磁场分布直接影响传感器的性能，而线圈磁场分布又与探头结构及其几何参数紧密相关。感应线圈中插入磁芯可以限定磁场范围、增大绕组间的电磁耦合，因此具有增强线圈电感，减少线圈的分布电容，因此有提高检测灵敏度的作用。
在涡流检测中，不仅缺陷长度和高度与阻抗信号幅值有一一对应的关系，而且存在相位滞后效应，即离表面不同深度的涡流滞后于表面涡流的相位且深度与信号相位存在一定的关系，利用该效应的相位分析，能够判别出缺陷深度并区分缺陷信号与其它无关的干扰信号。基于当前的研究成果，电磁检测线圈阻抗信号的二维分析能够提供关于缺陷的更为丰富的信息，从而能够极大地提高缺陷检测的准确率和降低漏警率，所以对检测线圈阻抗的相位和幅值信息的可靠提取是涡流检测的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非晶合金的电磁检测传感器，采用非晶合金磁芯探头，提高检测灵敏度；应用鉴相技术实现阻抗信号的二维分离，能够实现提离等干扰信号和缺陷信号的有效分离，实现缺陷的定位和定性检测。
本发明是这样来实现的，它包括检测探头、检测信号二维分解变换器、信号采集和调理电路，其特征是检测探头连接检测信号二维分解变换器，检测信号二维分解变换器连接信号采集和调理电路，所述检测探头由外至内依次为外壳体、磁屏蔽层和线圈外层骨架，线圈外层骨架内部分别在两正交位置分别布置电磁检测线圈A、B、C和D，电磁检测线圈A、C漆包线绕行方向一致，电磁检测线圈B、D漆包线绕行方向与A、B相反，电磁检测线圈A、B串联成一组，电磁检测线圈C、D串联成一组，磁芯采用高透磁率、低铁耗大仰角、高饱和磁通密度、高磁通密度等特殊性能的铁基非晶合金材料FeCuNbSiB；所述检测信号二维分解变换器由信号发生器芯片产生可变频率正弦波信号Us做为探头激励信号，经限流电阻Rb连接到探头线圈Zx，在Zx中产生激励电流，从而在被测导体中激发涡流，进行检测时，导体材质及缺陷变化将引起探头阻抗的改变，检测线圈输出电压U1经R1、R2及运算放大器构成的比例放大器放大后，分别送入两鉴相器的一个输入端，鉴相器ⅰ的另一输入端连接激励信号Us，鉴相器ⅱ的另一输入端连接经1/2π移相器移相的                                                
Figure 513210DEST_PATH_IMAGE002
，两鉴相器输出的信号即为分解后的二维阻抗信号U1r和U1i，此两信号分别经差动放大后输出。
所述电磁检测线圈由非晶合金磁芯、漆包线绕制的检测线圈和内磁屏蔽层组成，内磁屏蔽层、漆包线绕制的检测线圈和非晶合金磁芯依次由外至内依次连接。
本发明的优点是：通过基于鉴相原理的阻抗二维分解方法，将缺陷信息与提离等干扰信息加以区分，实现金属材料表面缺陷快速、准确地定量化检测和识别。
附图说明
图1为本发明检测探头的结构示意图。
图2为本发明检测信号二维分解变换器的原理图。
图3为本发明试块的结构示意图。
图4为本发明试块检测结果波形图。
图5为本发明数据处理后归一化阻抗图。
图6为本发明原理方框图。
在图中，1、磁屏蔽层 2、线圈外层骨架 3、外壳体 4、内磁屏蔽层 5、非晶合金磁芯 6、漆包线绕制的检测线圈 7、检测探头 8、检测信号二维分解变换器 9、信号集和调理电路 10、试块。
具体实施方式
如图1、图2、图6所示，本发明是这样来实现的，检测探头7连接检测信号二维分解变换器8，检测信号二维分解变换器8连接信号采集和调理电路9，所述检测探头7由外至内依次为外壳体3、磁屏蔽层1和线圈外层骨架2，线圈外层骨架2内部分别在两正交位置分别布置电磁检测线圈A、B、C和D，电磁检测线圈A、C漆包线绕行方向一致，电磁检测线圈B、D漆包线绕行方向与A、B相反，电磁检测线圈A、B串联成一组，电磁检测线圈C、D串联成一组，磁芯采用高透磁率、低铁耗大仰角、高饱和磁通密度、高磁通密度等特殊性能的铁基非晶合金材料FeCuNbSiB；所述检测信号二维分解变换器由信号发生器芯片产生可变频率正弦波信号Us做为探头激励信号，经限流电阻Rb连接到探头线圈Zx，在Zx中产生激励电流，从而在被测导体中激发涡流，进行检测时，导体材质及缺陷变化将引起探头阻抗的改变，检测线圈输出电压U1经R1、R2及运算放大器构成的比例放大器放大后，分别送入两鉴相器的一个输入端，鉴相器ⅰ的另一输入端连接激励信号Us，鉴相器ⅱ的另一输入端连接经1/2π移相器移相的
Figure 368034DEST_PATH_IMAGE002
，两鉴相器输出的信号即为分解后的二维阻抗信号U1r和U1i，此两信号分别经差动放大后输出，涡流检测线圈由非晶合金磁芯5、漆包线绕制的检测线圈4和内磁屏蔽层组成，内磁屏蔽层4、漆包线绕制的检测线圈6和非晶合金磁芯4依次由外至内依次连接，其工作原理如下：
由于激励信号为正弦波，设检测线圈阻抗为
Figure 773870DEST_PATH_IMAGE003
。图中电流、电压均用相量表示。  
由图2可知，检测线圈的输出电压相量即为被测阻抗
Figure 293713DEST_PATH_IMAGE005
两端的电压，此电压大小
Figure 2010105728322100002DEST_PATH_IMAGE006
Figure 918205DEST_PATH_IMAGE007
Figure 2010105728322100002DEST_PATH_IMAGE008
鉴相器的输出经差动放大后，将与阻抗变化量成正比的电压信号送至Ａ／Ｄ变换器，转化为数字量信号后，送计算机进行后续处理。
检测效果实例，在如图3所示试块10上，分别加工4个裂纹缺陷和3个孔形缺陷，检测信号波形如图4所示，数据处理后归一化阻抗图如图5所示。检测结果表明，阻抗的实部分量和虚部分量都反映了缺陷，宽度反映裂纹长度，虚部分量中缺陷的波形方向与提离的波形方向正好相反，由此可以清晰的判断缺陷位置。经数据处理后归一化阻抗的模即反映裂纹深度，实现缺陷的判定、定位和定量。裂纹形和孔形缺陷阻抗图斜率不同，完全能区分不同性质缺陷。

Claims (2)

1.一种基于非晶合金的电磁检测传感器，它包括检测探头、检测信号二维分解变换器、信号采集和调理电路，其特征是检测探头连接检测信号二维分解变换器，检测信号二维分解变换器连接信号采集和调理电路，所述检测探头由外至内依次为外壳体、磁屏蔽层和线圈外层骨架，线圈外层骨架内部分别在两正交位置分别布置涡流检测线圈A、B、C和D，电磁检测线圈A、C漆包线绕行方向一致，电磁检测线圈B、D漆包线绕行方向与A、B相反，电磁检测线圈A、B串联成一组，电磁检测线圈C、D串联成一组，磁芯采用高透磁率、低铁耗大仰角、高饱和磁通密度、高磁通密度等特殊性能的铁基非晶合金材料FeCuNbSiB；所述检测信号二维分解变换器由信号发生器芯片产生可变频率正弦波信号Us做为探头激励信号，经限流电阻Rb连接到探头线圈Zx，在Zx中产生激励电流，从而在被测导体中激发涡流，进行检测时，导体材质及缺陷变化将引起探头阻抗的改变，检测线圈输出电压U1经R1、R2及运算放大器构成的比例放大器放大后，分别送入两鉴相器的一个输入端，鉴相器ⅰ的另一输入端连接激励信号Us，鉴相器ⅱ的另一输入端连接经1/2π移相器移相的                                               
Figure 2010105728322100001DEST_PATH_IMAGE002
，两鉴相器输出的信号即为分解后的二维阻抗信号U1r和U1i，此两信号分别经差动放大后输出。
2.根据权利要求1所述的基于非晶合金的电磁检测传感器，其特征是所述电磁检测线圈由非晶合金磁芯、漆包线绕制的检测线圈和内磁屏蔽层组成，内磁屏蔽层、漆包线绕制的检测线圈和非晶合金磁芯依次由外至内依次连接。
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