CN102331451A - 一种漏电场无损检测方法与装置 - Google Patents

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康宜华
孙燕华
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Abstract

本发明公开了一种漏电场无损检测方法与装置：该方法通过下述技术方案予以实现，向待检测导电金属体通入直流电流，激励金属体在缺陷处产生漏电场，将电场传感器制成地探头布置于金属体附近空间中，与金属体表面保持一定距离，非接触式探测金属体外电场，探头输出电压信号放大、滤波后通过采集进入计算机提取信号特征并用波形图形式显示，获得被检测金属体缺陷信息。实现本方法的装置结构简单，操作方便，使用安全，适用于自动化探伤。本方法用于导电金属体的缺陷探测，不仅能探测金属体表面缺陷，也能探测其内部缺陷，尤其适用于有色金属(如铝、铜、钛合金)，奥氏体不锈钢以及温度高于居里点的钢铁材料。

Description

一种漏电场无损检测方法与装置
技术领域
本发明涉及一种导电金属体无损检测技术，特别是基于漏电场的导电金属体无损检测方法与装置。
背景技术
无损检测在社会安全高效生产中越来越重要，但是已有无损检测方法并不能满足众多日益增长的探伤需求。现有无损检测方法中，磁粉及渗透基本为人工操作、效率不高；超声检测存在激励与检测频率匹配而限制了扫描速度提高的问题；涡流检测由于趋肤效应而对内伤检测失效；射线检测具有辐射性原则上尽可能减少使用；漏磁检测具有强穿透力而能检测内、外伤，但对有色金属(如铜、铝及钛合金等)，奥氏体不锈钢以及高温(过居里点而失去磁性)黑色金属(如钢铁等)无效；磁扰动检测法也只局限于铁磁性材料。其它电磁方法有交变电场检测法和交流电势检测法，但与涡流一样因涡电流趋肤效应而不能检测内伤；而直流电势法是基于缺陷处电压变化的检测原理的探针电回路接触式检测，用于自动化探伤时可行性差且对表面有绝缘附着物的被检测体失效。
发明内容
本发明提供一种漏电场无损检测方法与装置，本发明适应于导电金属内、外伤检测，尤其是有色金属和高温(失磁性)黑色金属(如钢铁等)的内外伤的快速检测，弥补现有无损检测方法对上述材料探伤盲点，增强无损检测的社会服务功能。
本发明提供的一种漏电场无损检测方法，其步骤包括：
第一步，将待检测导电金属体进行电连接，施加恒定直流电流激励，在有缺陷处形成漏电场；
第二步，将电场传感器非接触式布置于所述待检测导电金属体表面上空进行等提离距离下的匀速扫描；
第三步，电场传感器输出信号有异常则表示待检测导电金属体有缺陷，否则无缺陷。
实现上述方法的装置，包括探头、电极、直流电源、放大器、滤波器、采集卡和计算机；探头、放大器、滤波器、采集卡和计算机依次电连接，工作时，电极放置于待检测导电金属体表面，直流电源连接在电极上，探头与待检测导电金属体表面不接触且在探头的探测距离内；探头探测得到的电压信号经过放大器放大、滤波器滤波，通过采集卡进行A/D转换后，提供给计算机提取信号特征并用波形图的形式显示，得到被检导电金属体的缺陷信息。
本发明提供的漏电场无损检测方法，其原理是基于电场折射物理作用即tanθ1/tanθ2＝σ1/σ2，其中，σ1为金属体电导率，σ2为空气电导率，θ1为金属体内电场与表面法线的夹角，θ2为空气中电场与表面法线的夹角。在通以直流电的金属体上缺陷处的附近空气区域会因折射而产生漏电场。
本发明中漏电场形成的原理是：导电金属体中通入直流电流时表面聚集电荷，表面电荷由电源和金属体共同决定，在金属体外部空气中形成电场，当电流方向与金属体表面不平行时，空气中形成的电场与金属体内部电场满足电场折射定律；若金属体中存在缺陷，缺陷使得金属体内电流与电场分布发生变化，与此同时缺陷附近金属体表面电荷分布也发生变化，由电场折射定律金属体外缺陷处附近电场发生变化。这样在金属体外部空气中形成与原电场不同的电场称为漏电场。
本发明提供的检测方法的特点是利用金属体直流电场激励时缺陷处产生漏电场现象，采用电场传感器非接触式探测金属体外电场，缺陷引起的电场变化被传感器探测到，经过信号分析处理得到金属体的缺陷信息，不仅能检测金属体表面缺陷，也能检测金属体内部缺陷。本方法的实施装置的特点是采用低压电源做激励源，探头不接触金属体，适用于自动化检测，装置整体结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明检测方法原理示意图；
图2为本发明检测方法的实施示意图；
图3为本发明检测装置示意图；
图4为本发明检测方法检测缺陷的信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，待检测导电金属体1通直流电流时内部产生稳恒电场9，电场9方向与导电金属体1内部电流方向相同，导电金属体1表面附近空气2中无电流但存在电场10，电场9与电场10满足电场折射定律。若导电金属体1表面或内部有缺陷，其内部电场9发生变化，由电场折射定律金属体表面附近空气2中电场10相应地变化，这样金属体缺陷处体外附近的空气中便产生漏电场。
基于图1所示的漏电场形成原理，形成如图2所示的漏电场检测方法：采用电场传感器制作的探头3放置于导电金属体1表面附近空气2中，与导电金属体1表面保持一定的提离距离(在探头3的探测距离内，如TREKModel325为0.2-2mm)。检测时，向金属体通直流电流激励从而在缺陷处形成漏电场，探头3沿平行于电流的方向匀速运动，用以探测金属体外的电场10并转换为电压信号，信号分析处理后若存在异常则有缺陷，否则无缺陷。
如图3所示为本方法的实施装置，装置包括探头3、电极4、直流电源5、放大器6、滤波器7、采集卡8和计算机11。电极4放置于金属体表面并且与待检测导电金属体1保持良好接触，直流电源5连接在电极4上，向导电金属体1通入直流电流形成电场激励待检测导电金属体1，以便于在缺陷处形成漏电场；探头3与导电金属体1表面保持一定的提离距离但不接触待检测导电金属体，探测导电金属体1表面附近空气2中的电场并转化为电压信号，然后此电压信号经过放大器6放大、滤波器7滤波，通过采集卡8进行A/D转换后，提供给计算机11提取信号特征并用波形图的形式显示，得到待检测导电金属体的缺陷信息。
图4所示波形图是在图3所示的实施装置上，用本发明提供的检测方法检测直径Φ30mm铝管表面0.5mm(宽)×0.5mm(深)×10mm(长)人工刻槽所得到的信号波形图。检测过程中，探头3与金属体1表面提离距离为2mm，探头3沿图2中电流方向以0.3m/s的速度匀速运动通过缺陷附近空间，重复运动三次得到图中的3个双峰信号波形，从而检测出铝管中的缺陷。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种漏电场无损检测方法，其步骤包括：
第一步，将待检测导电金属体进行电连接，施加恒定直流电流激励，在有缺陷处形成漏电场；
第二步，将电场传感器非接触式布置于所述待检测导电金属体表面上空进行等提离距离下的匀速扫描；
第三步，电场传感器输出信号有异常则表示待检测导电金属体有缺陷，否则无缺陷。
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：该装置包括探头(3)、电极(4)、直流电源(5)、放大器(6)、滤波器(7)、采集卡(8)和计算机(11)；探头(3)、放大器(6)、滤波器(7)、采集卡(8)和计算机(11)依次电连接，工作时，电极(4)放置于待检测导电金属体表面，直流电源(5)连接在电极(4)上，探头(3)与待检测导电金属体表面不接触且在探头(3)的探测距离内；探头(3)探测得到的电压信号经过放大器(6)放大、滤波器(7)滤波后，通过采集卡(8)进行A/D转换后，提供给计算机(11)进行分析处理，得到被检金属体的缺陷信息。
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