CN102590328B - 一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，涉及一种管道的漏磁检测方法。磁化器由绕有激励线圈的U型磁芯和永磁铁组成，通过对激励线圈给予不同的激励，让激励线圈、永磁铁分时产生复合的直流磁化场和交变磁化场。测量时，用直流磁化场将待测铁磁体磁化至深度饱和状态，把检测到的漏磁场信号B₁与设定的阈值λ₁进行比较，来判断待测铁磁体是否存在缺陷；若存在缺陷，再用交变磁化场对待测部件进行磁化，把漏磁场强度的交流频率分量B₂与设定的阈值λ₂进行比较，来判断缺陷在内表面，还是外表面。有效克服现有技术难于高效、准确识别出内外表面缺陷的缺点，且具有原理简单、操作方便、无需耦合剂、非接触测量等特点。

Description

一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法

技术领域

本发明涉及一种管道的漏磁检测方法，尤其是涉及一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法。

背景技术

目前的管道检测使用的方法一般有漏磁检测、超声检测、远场涡流检测、射线检测等。其中，漏磁检测是当前无损检测领域最常用的方法之一，它适用于各种铁磁性材料构件(如钢轨、钢管、钢丝绳、罐体等)表面以及内部缺陷的检测，因此得到了深入的发展和广泛的应用。但在区分内、外表面缺陷的漏磁检测问题上，国内外的研究均比较鲜见。国内主要是引进进口设备，它是采用滤波的方法来分离内、外表面信号，其检测原理是：当缺陷发生在内表面时，漏磁场信号比较尖锐，高频成分偏多；当缺陷发生在外表面时，由于外层铁磁层的均化和平滑，泄漏到内表面的漏磁场信号变得相对平缓，主频成分会向低频端偏移。利用一定带宽的高通和低通滤波器就可以分离出内、外表面缺陷引起的漏磁信号。但是该方法效果不理想，容易受到检测速度的影响，准确率只能达到50％左右。

中国专利CN101216460A《基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法》公开了一种识别内外壁缺陷的方法，它利用交流磁化深度浅和直流磁化深度深的特点，用复合的交直流磁化场来进行漏磁检测，根据缺陷漏磁信号中的交流分量信息来对识别内外壁缺陷。该方法充分利用了交流磁化适于检测浅缺陷的特点，能够有效地检测内表面的缺陷。但是该方法需要对检测到的漏磁场信号进行二次处理，才能得到直流、交流分量的漏磁场数据，这就降低了信噪比，并增加了检测的复杂性和测量误差。同时，为了产生足够大的磁化场，其磁化器往往较大，且需要较大的激励信号。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述存在的问题，提供一种可分时进行永磁与交直流复合磁化，实现内、外表面缺陷的漏磁场检测在时间上的分离，以此达到识别内、外表面缺陷的功能，而且具有检测精度高、原理简单、操作方便等优点，可应用于钢管、罐体、钢板等的检测的永磁与交直流复合的漏磁检测方法。

本发明包括以下步骤：

1)将磁化器置于待测铁磁体表面，并按设定的提离值对待测铁磁体进行扫描检测，所述磁化器由绕有激励线圈的U型磁芯和永磁铁组成；

2)往激励线圈施加直流激励信号，在永磁铁和激励线圈的共同作用下，将待测铁磁体局部磁化至饱和状态，这时在待测铁磁体内、外表面的缺陷处将产生漏磁场；

3)利用检测元件以设定的提离值对步骤2)所述漏磁场进行检测，并将检测到的漏磁场信号B₁与设定的阈值λ₁进行比较，以判断待测铁磁体是否存在缺陷，若B₁＜λ₁，说明待测铁磁体不存在缺陷，则继续步骤2)的检测；若B₁＞λ₁，说明待测铁磁体存在缺陷，则进行下一步骤的检测；

4)退除直流激励信号，往激励线圈施加交流激励信号，这时在永磁铁和激励线圈的共同作用下，磁化器将产生一交变磁化场，在交变磁化场的激励下，待测铁磁体内表面的缺陷处将激发出交变漏磁场，而待测铁磁体外表面的缺陷处的磁场达不到饱和，即不会产生漏磁场；

5)用检测元件对步骤4)所述漏磁场进行检测，并对检测到的交变漏磁场信号进行处理，得到漏磁场信号中交流部分频率分量的幅值B₂，将B₂与设定的阈值λ₂进行比较，以判断缺陷在待测铁磁体的内表面还是外表面，若B₂＜λ₂，说明缺陷在待测部件的外表面，则继续重复步骤2)的检测；若B₂＞λ₂，说明缺陷在待测铁磁体的内表面，则继续重复步骤(4)的检测。

在步骤1)中，所述激励线圈可绕于U型磁芯两侧，并且两侧的激励线圈匝数相等、缠绕方向相反；所述提离值可为0.5～2mm。

在步骤2)中，所述待测铁磁体局部磁化至饱和状态的80％。

在步骤3)中，所述检测元件可采用霍尔元件等。

在步骤4)中，所述交流激励信号的频率可为1～20KHz。

在步骤5)中，所述交变漏磁场信号处理的具体方法可为：

(1)利用数据采集电路对漏磁场信号进行采样，所述数据采集电路可采用数据采集卡等；

(2)运用时频变换算法将采样得到的时域信号转化为频域信号，所述时频变换算法可采用快速傅里叶变换等；

(3)求出频谱信号中交流频率相对应的幅值B₂。

所述激励线圈的激励信号为分时的直流、交流信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明采用分时进行交、直流磁化的方法，来实现内、外表面缺陷的漏磁场检测在时间上的分离，从而提高了信噪比和测量精度，能够满足工程质量评价要求。

2、本发明采用激励线圈和永磁铁复合磁化的方法，在进行直流磁化时，激励线圈只需要提供20％的磁化量，因此大大降低了线圈的匝数，有效地克服了磁化器过于庞大的缺点。

3、采用本发明的线圈缠绕方式，使得U型磁芯两侧激励线圈的外泄磁场在检测元件处实现相互抵消，从而降低外泄磁场对检测结果的干扰。

为了解决上述中存在的问题，本发明提出了一种分时进行永磁与交直流复合磁化的方法，来实现内、外表面缺陷的漏磁场检测在时间上的分离，依此来达到识别内、外表面缺陷的功能。该方法具有检测精度高，原理简单，操作方便的优点。可应用于钢管、罐体、钢板等的检测，具有广泛的市场前景。

附图说明

图1为永磁与交直流复合的漏磁检测原理图。

图2为在永磁与激励线圈复合的直流磁化场作用下，内、外表面缺陷的磁场分布图。

图3为在永磁与激励线圈复合的交变磁化场作用下，内、外表面缺陷的磁场分布图。其中：细线表示交流磁化场，粗线表示直流磁化场。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是永磁与交直流复合的漏磁检测原理图。本发明的检测装置主要由U型磁芯1、激励线圈2、永磁铁3、极靴4、检测元件5组成。激励线圈2绕于U型磁芯1两侧并且两激励线圈的匝数相等、缠绕方向相反。永磁铁3固定于U型磁芯1的两端。极靴4固定于永磁铁3下方，并以一定的提离值H₁置于待测铁磁体6上方。检测元件5固定于磁化器的两磁极中间，并以一定的提离值H₂置于待测铁磁体6上方。

本发明方法的检测原理是根据内外表面缺陷对交、直流磁化场的不同响应特征，来判别缺陷所在的位置。如图2所示(图2中标记5为检测元件)，直流磁化场将待测铁磁体磁化至饱和状态时，内表面和外表面缺陷都能激发出漏磁信号，且都能被置于内表面上方的检测元件检测到；如图3所示，交流磁化场由于“趋肤效应”，其磁场主要集中于待测铁磁体的内表面，因此只能激发出内表面缺陷的漏磁场；而永磁铁产生的磁场主要集中于待测铁磁体的外表面，其未能使铁磁体达到磁饱和状态，因此在外表面的缺陷处没有漏磁场产生。

本发明提供的一种永磁与交直流复合的漏磁场检测方法，其主要检测步骤为：

(1)按照图1所示，将磁化器置于待测铁磁体表面，并按设定的提离值0.5～2mm对待测铁磁体进行扫描检测。

(2)往激励线圈2施加直流激励信号，在永磁铁3和激励线圈2的共同作用下，将待测铁磁体局部磁化至饱和状态。其中，永磁铁3产生的磁化场使待测铁磁体的磁感应强度达到磁饱和状态的80％。可以利用如下公式(I)计算待测铁磁体局部的磁通密度，以判断其磁饱和状态，

$B_T=\frac{B_M\×W_M}{L_T}---\left(I\right)$

式中，B_T为待测铁磁体内局部的饱和磁通密度，L_T为待测铁磁体厚度，B_M为极靴与待测铁磁体间隙的磁通密度，W_M为极靴宽度。

(3)利用检测元件5以设定的提离值0.5～2mm对步骤(2)所述漏磁场进行检测，并将检测到的漏磁场信号B₁与设定的阈值λ₁进行比较，以判断待测铁磁体是否存在缺陷。若B₁＜λ₁，说明待测铁磁体不存在缺陷，则继续重复步骤(2)的检测；若B₁＞λ₁，说明待测铁磁体存在缺陷，则进行下一步骤的检测。

(4)退除直流激励信号，往激励线圈2施加交流激励信号，这时在永磁铁和激励线圈的共同作用下磁化器将产生一交变的磁化场。按照图3所示，在该磁化场的磁化下，待测铁磁体内表面的缺陷处将激发出交变漏磁场，而在待测铁磁体外表面的缺陷处不产生漏磁场。交流激励信号的频率应该满足待测部件的检测深度要求。可由如下公式(II)计算交流磁化场的渗入深度：

$d=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω\μ\γ}}}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中：ω为角频率，μ为磁导率，γ为电导率。

(5)用检测元件对步骤(4)所述漏磁场进行检测，并对检测到的数据按如下的步骤进行处理：

步骤一、利用数据采集电路(如数据采集卡)对漏磁场信号进行采样；

步骤二、运用时频变换算法(如快速傅里叶变换)将采样得到的时域信号转化为频域信号；

步骤三、求出频谱信号中交流频率相对应的幅值B₂。

将B₂与设定的阈值λ₂进行比较，以判断缺陷在待测铁磁体的内表面还是外表面。若B₂＜λ₂，说明缺陷在待测部件的外表面，则继续重复步骤(2)的检测；若B₂＞λ₂，说明缺陷在待测铁磁体的内表面，则继续重复步骤(4)的检测。

以下给出具体实施例。

选择厚度为8mm的Q235钢板作为检测对象，则根据上述要求可选择长50mm，宽30mm，厚10mm的钕铁錋磁铁，300匝的激励线圈。将磁化器以1mm的提离值置于待测钢板的上方，根据检测速度(4m/min)设定交、直流漏磁场的阈值分别为0.01、0.02高斯。往激励线圈中施加幅值为2A的直流信号，用霍尔元件作为检测元件，以1mm的提离值测量钢板表面的漏磁场，并将测得的漏磁场强度B₁与设定的阈值0.02高斯进行比较。若B₁＞0.02高斯，即可判断该钢板表面存在缺陷；反之，则说明该钢板表面不存在缺陷。当检测出钢板的表面存在缺陷，则往激励线圈中施加幅值为0.15A、频率为3000Hz的交流信号，并利用数据采集卡对检测到的漏磁场信号进行采样；然后通过快速傅里叶变换将采样得到的时域信号转化为频域信号；最后利用计算机求出频谱信号中交流频率3000Hz相对应的幅值B₂，并将B₂与设定的阈值0.01高斯进行比较。若B₂＞0.01高斯，说明缺陷在钢板的内表面；反之，则说明缺陷在钢板的外表面。

Claims (6)

1.一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将磁化器置于待测铁磁体表面，并按设定的提离值对待测铁磁体进行扫描检测，所述磁化器由绕有激励线圈的U型磁芯和永磁铁组成；所述激励线圈绕于U型磁芯两侧，并且两侧的激励线圈匝数相等、缠绕方向相反；所述提离值为0.5～2mm；

2)往激励线圈施加直流激励信号，在永磁铁和激励线圈的共同作用下，将待测铁磁体局部磁化至饱和状态，这时在待测铁磁体内、外表面的缺陷处将产生漏磁场；

3)利用检测元件以设定的提离值对步骤2)所述漏磁场进行检测，并将检测到的漏磁场信号B₁与设定的阈值λ₁进行比较，以判断待测铁磁体是否存在缺陷，若B₁<λ₁，说明待测铁磁体不存在缺陷，则继续步骤2)的检测；若B₁>λ₁，说明待测铁磁体存在缺陷，则进行下一步骤的检测；

4)退除直流激励信号，往激励线圈施加交流激励信号，这时在永磁铁和激励线圈的共同作用下，磁化器将产生一交变磁化场，在交变磁化场的激励下，待测铁磁体内表面的缺陷处将激发出交变漏磁场，而待测铁磁体外表面的缺陷处的磁场达不到饱和，即不会产生漏磁场；

5)用检测元件对步骤4)所述漏磁场进行检测，并对检测到的交变漏磁场信号进行处理，得到漏磁场信号中交流部分频率分量的幅值B₂，将B₂与设定的阈值λ₂进行比较，以判断缺陷在待测铁磁体的内表面还是外表面，若B₂<λ₂，说明缺陷在待测部件的外表面，则继续重复步骤2)的检测；若B₂>λ₂,说明缺陷在待测铁磁体的内表面，则继续重复步骤(4)的检测；

所述交变漏磁场信号处理的具体方法为：

(1)利用数据采集电路对漏磁场信号进行采样；

(2)运用时频变换算法将采样得到的时域信号转化为频域信号；

(3)求出频谱信号中交流频率相对应的幅值B₂。

2.如权利要求1所述的一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于在步骤2)中，所述待测铁磁体局部磁化至饱和状态的80％。

3.如权利要求1所述的一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述检测元件采用霍尔元件。

4.如权利要求1所述的一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于在步骤4)中，所述交流激励信号的频率为1～20KHz。

5.如权利要求1所述的一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于在步骤(1)中，所述数据采集电路采用数据采集卡。

6.如权利要求1所述的一种永磁与交直流复合的漏磁检测方法，其特征在于在步骤(2)中，所述时频变换算法采用快速傅里叶变换。