CN102590329B - 基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，包括探头组件和驱动组件：探头组件包括采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件、数据采集处理单元和用于封装阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件及数据采集处理单元的壳体；阵列与工件待检测表面平行，用于采集工件表面裂纹的漏磁信号；本发明能够避免对铁磁构件表面裂纹缺陷的漏检，可实现漏磁信息的实时采集，因而可获取缺陷所在的方位及距离构件基准位置的距离，方便操作人员对铁磁构件表面裂纹的分析和评估，甚至实现对构件表面缺陷状况的图形化重构，绘制成三维缺陷图，对研究和生产实践中铁磁构件表面裂纹的分析提供准确的理论支撑，具有较高的工作效率。

Description

基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器

技术领域

本发明涉及一种用于无损探伤检测的装置，特别涉及一种基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器。

背景技术

构件表面裂纹(微观)对于构件的应用存在潜在的安全隐患，因而检测探伤及早发现并消除，是构件安全实用的前提。

现有技术中，对于铁磁构件表面裂纹探测器结构和方法具有多种，常见的如超声法、射线法、电磁法等。超声法技术比较成熟，但是其对工件表面的清洁度要求高，实施起来也比较繁琐；射线法对检测渐变性缺陷效果较差且射线污染严重；电磁法又有磁粉法、电涡流法、漏磁法等；磁粉法和电涡流法只适合材料表面或近表面探测，自动化程度低，工艺复杂，离不开人工观察，对技术人员要求很高，难以实现定量的检测。漏磁法对材料内部、表面缺陷均可检测，特别是对铁磁材料的缺陷极为敏感，并且检测中无需对构件进行清洗、打磨，也不需加耦合剂，在有铁锈、油污等污染条件下也可检测，具有其他检测方式无可比拟的优点。但是，现有技术中的漏磁法的裂纹探测器大多是单测头，或者多至三测头，而这种结构的探测器对于较大面积或者较大圆形铁磁构件不能通过简单的线扫描来完成，难以实现有效的检测；并且检测效率较低，检测数据不准确，还容易产生漏检；且没有提供对构件表面的裂纹等缺陷进行定量分析所需的数据支撑，妨碍了漏磁法在无损检测领域的运用。

因此，需要一种用于适用于铁磁构件表面裂纹探测器，能够避免对铁磁构件表面裂纹缺陷的漏检，可实现漏磁信息的实时采集，因而可获取缺陷所在的角度方位及离构件中心的距离，方便操作人员对铁磁构件表面裂纹的分析和评估，甚至实现对构件表面缺陷状况的图形化重构，对研究和生产实践中铁磁构件表面裂纹的分析提供准确的理论支撑，具有较高的工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，能够避免对铁磁构件表面裂纹缺陷的漏检，可实现漏磁信息的实时采集，因而可获取缺陷所在的角度方位及离构件中心的距离，方便操作人员对铁磁构件表面裂纹的分析和评估，甚至实现对构件表面缺陷状况的图形化重构，对研究和生产实践中铁磁构件表面裂纹的分析提供准确的理论支撑，具有较高的工作效率。

本发明的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，包括探头组件和驱动组件：

探头组件包括采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件、数据采集处理单元和用于封装阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件及数据采集处理单元的壳体；霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列与工件待检测表面平行，用于采集工件表面裂纹的漏磁信号；

驱动组件设有用于驱动探头组件使霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列覆盖式扫描工件待检测表面。

进一步，工件待检测表面为圆形，所述霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列为由径向列和周向列组成的同心环形阵列；

进一步，相邻的径向列之间的霍尔元件或霍尔元件组件相互错开，同一径向列中相邻霍尔元件或霍尔元件组件之间的距离小于等于相邻霍尔元件或霍尔元件组件的检测范围；

进一步，所述同一周向列的霍尔元件或霍尔元件组件共用同一电源输入端，同一径向列的霍尔元件或霍尔元件组件共用用于将信号输出至数据采集处理单元的同一信号输出端；

进一步，采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件为霍尔元件组件，包括位于同一轴向位置的两个霍尔元件，两个霍尔元件之间采用差分接法；

进一步，所述驱动组件包括伺服电机和用于安装并支撑伺服电机的附属部件，伺服电机的动力输出轴与探头组件的壳体同轴传动配合；

进一步，还包括中央处理系统，用于接收数据采集处理单元的信号和接收伺服电机的转角信号，向伺服电机的控制电路发出控制命令；

进一步，所述数据采集处理单元和中央处理系统之间通过无线模式传输信号；

进一步，相邻的径向列之间的圆心角为15°-60°。

本发明的有益效果：本发明的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件，通过沿检测方向移动该阵列，全面覆盖工件待检测表面，对阵列预先设定各个霍尔元件或霍尔元件组件由静态角度和所处的周向半径共同组成的局部相对坐标，加上扫描检测时由霍尔元件或霍尔元件组件移动位移，能将漏磁场电压信号和准确的空间位置相对应，从而获得缺陷所在的位置；因而本发明能够避免对铁磁构件表面裂纹缺陷的漏检，可实现漏磁信息的实时采集，因而可获取缺陷所在的方位及距离构件基准位置的距离，方便操作人员对铁磁构件表面裂纹的分析和评估，甚至实现对构件表面缺陷状况的图形化重构，绘制成三维缺陷图，对研究和生产实践中铁磁构件表面裂纹的分析提供准确的理论支撑，具有较高的工作效率；本发明特别是对于检测表面为圆形的铁磁构件，具有探测器检测速度快、缺陷漏检率较低等优点，具备广阔的市场应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明霍尔元件布置图；

图2为本发明结构原理图；

图3为本发明使用原理图。

具体实施方式

图1为本发明霍尔元件布置图，图2为本发明结构原理图，图3为本发明使用原理图，如图所示：本实施例的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，包括探头组件和驱动组件：

探头组件包括采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件1、数据采集处理单元5和用于封装阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件1及数据采集处理单元5的壳体6，封装方式不限，可采用现有的任何机械结构均能实现目的；霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列与工件待检测表面平行，用于采集工件7表面裂纹的漏磁信号，工件为铁磁构件；

驱动组件设有用于驱动探头组件使霍尔元件或霍尔元件组件1组成的阵列覆盖式扫描工件7待检测表面，覆盖式扫描是指霍尔元件或霍尔元件组件1的排列方式满足其移动过程中所经过的表面不会留有死角；驱动组件可以是转动驱动(适用于圆板状工件)或者直线移动(适用于矩形或其他不规则形状的板状工件)。

使用时，通过驱动组件1驱动探头沿检测方向移动，工件7待检测表面具有裂纹，则会产生漏磁，通过探头内的霍尔元件或霍尔元件组件1采集到漏磁信号并传输至数据采集处理单元，由数据采集处理单元进行采集、变换、放大后进行后续处理达到滤除高频噪声、抑制共模干扰信号、放大差模信号等目的；采集、变换、放大等进行后续处理的方式及装置均可采用现有技术的设备、模块以及方式，均能够实现发明目的，在此不再赘述。

本实施例中，工件7待检测表面为圆形，所述霍尔元件或霍尔元件组件1组成的阵列为由径向列和周向列组成的同心环形阵列；采用同心环形阵列，使用时只需转动即能实现目的，且由于采用的为同心环形阵列，切只需转动设定角度即可，大大提高工作效率；预先设定各个霍尔元件由静态角度和所处的周向半径共同组成的局部相对坐标，加上扫描检测时由探头旋转产生的动态角度，能将漏磁场电压信号和准确的空间位置对应，从而获得缺陷所在的位置。

本实施例中，相邻的径向列之间的霍尔元件或霍尔元件组件1相互错开，同一径向列中相邻霍尔元件或霍尔元件组件1之间的距离小于等于相邻霍尔元件或霍尔元件组件1的检测范围；使用时可通过互相交错结构补偿同一径向列霍尔元件或霍尔元件组件之间的检测空白区域，在转动时只需转动两倍的相邻径向列之间的圆心角即能实现全面覆盖式扫描检测，工作效率较高。

本实施例中，所述同一周向列的霍尔元件或霍尔元件组件1共用同一电源输入端，如图所示，可采用电源输入母排3结构；同一径向列的霍尔元件或霍尔元件组件1共用用于将信号输出至数据采集处理单元的同一信号输出端，如图所示，采用中心环形输出母排4，形成较为规则的网状结构，当然，霍尔元件的接地端均可共用，供电简单方便，输出各不干扰；所述数据采集处理单元5用于采集霍尔元件或霍尔元件组件1阵列这一二维数组的数据；周向列分时供电，而同一径向列上的霍尔元件输出电压共用输出线，数据采集处理单元5在同一段供电时间内扫描采集各个径向列的输出，大大减小了所需的I/O通道数量，极大地减小系统负担，且易于将数据通过有线方式或无线方式传送并存储到计算机上以备使用。同时可通过Labview编程设定判断是否有裂纹等缺陷的漏磁电压输出信号的阈值；可在检测过程中使任何一个霍尔元件的输出信号超出所设定阈值的上、下限便输出报警信号，表示所检测表面存在裂纹等缺陷，并将此时的超限漏磁信号和位置信息单独存储。

本实施例中，采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件1为霍尔元件组件，包括位于同一轴向位置的两个霍尔元件，两个霍尔元件之间采用差分接法，如图所示，两个霍尔元件安装在一个撑板2上，电路同样布置在撑板2上；如图3中的虚线所示，漏磁场信号穿过同一对霍尔元件的方向相反，输出端电压信号一个增大，另一个减小，将他们做差分运算不仅可以消除共模干扰信号，而且漏磁场引起的输出电压变化近似翻倍，能够发现比用单个霍尔元件检测时更小的缺陷。

本实施例中，所述驱动组件包括伺服电机8和用于安装并支撑伺服电机的附属部件，附属部件是指支架和底座之类的机械结构，图中没有表示，在此不再赘述；伺服电机8的动力输出轴11与探头组件的壳体7同轴传动配合；壳体7可采用支撑起转动的支架支撑，属于常见的机械结构，在此不再赘述。

本实施例中，还包括中央处理系统10，用于接收数据采集处理单元5的信号和接收伺服电机8的转角信号，转角信号可通过安装于伺服电机的角速度传感器获得，向伺服电机8的控制电路9发出控制命令；图2中点画线所示，自动化程度较高，结合各个霍尔元件由静态角度和所处的周向半径共同组成的局部相对坐标，获得探头旋转产生的动态角度，利于得到漏磁处准确的空间位置。

本实施例中，所述数据采集处理单元5和中央处理系统10之间通过无线模式传输信号，无线传输方式采用现有的结构方式，在此不再赘述。

本实施例中，相邻的径向列之间的圆心角为15°-60°，本实施例采用30°，伺服电机带动探头组件在一次检测过程中只需顺时针或者逆时针转动60°角，同一周向列上的霍尔元件所走轨迹连成一个完整的圆周，即对铁磁构件实现圆周式的扫描检测，而不需探头旋转完整的一周，提高工作效率，同时蛛网式布局又保证了扫面检测的精细程度，尽可能的避免了漏检的发生。

如图所示，本发明在使用时，霍尔元件组扫描检测含有裂纹的被检测铁磁构件表面时，由于构件内部磁场在裂纹处磁导率的变化，向外形成漏磁场，其Y方向磁场分量会进入到霍尔元件组，由于是差分接法，使得同组霍尔元件输出电压一个增大，一个减小，二者变化的绝对值相差较小，将信号经过电压输出端送到数据采集处理单元，除了可消除大多数的共模信号以外，检测的有用信号会因为差分效应而加倍，在信号采集方面，虽然霍尔元件组比较多，并不需要占用很多的采集通道；数据采集处理单元采用NI USB-6215数据采集卡和选通电路，USB-6215数据采集卡是一款总线供电带隔离的M系列多功能DAQ模块，在高采样率下同样能保持高精度，该模块提供了16路模拟输入；250kS/s单通道采样率，2路模拟输出，4路数字输入线，4路数字输出线，每通道有4个可编程输入范围(±0.2V-±10V)，数字触发，2个计数器/定时器，铁磁构件上的漏磁信号属于低频信号，USB-6215数据采集卡的采样率、分辨率等指标也足以达到我们对漏磁信号采集的要求。数据无线收发方式所采用的模块类型可根据具体的使用环境和技术要求来选择。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：包括探头组件和驱动组件：

探头组件包括采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件、数据采集处理单元和用于封装阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件及数据采集处理单元的壳体；霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列与工件待检测表面平行，用于采集工件表面裂纹的漏磁信号；

驱动组件设有用于驱动探头组件使霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列覆盖式扫描工件待检测表面；所述驱动组件包括伺服电机和用于安装并支撑伺服电机的附属部件，伺服电机的动力输出轴与探头组件的壳体同轴传动配合。

2.根据权利要求1所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：工件待检测表面为圆形，所述霍尔元件或霍尔元件组件组成的阵列为由径向列和周向列组成的同心环形阵列。

3.根据权利要求2所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：相邻的径向列之间的霍尔元件或霍尔元件组件相互错开，同一径向列中相邻霍尔元件或霍尔元件组件之间的距离小于等于相邻霍尔元件或霍尔元件组件的检测范围。

4.根据权利要求3所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：所述同一周向列的霍尔元件或霍尔元件组件共用同一电源输入端，同一径向列的霍尔元件或霍尔元件组件共用用于将信号输出至数据采集处理单元的同一信号输出端。

5.根据权利要求4所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：采用阵列式布置的霍尔元件或霍尔元件组件为霍尔元件组件，包括位于同一轴向位置的两个霍尔元件，两个霍尔元件之间采用差分接法。

6.根据权利要求5所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：还包括中央处理系统，用于接收数据采集处理单元的信号和接收伺服电机的转角信号，向伺服电机的控制电路发出控制命令。

7.根据权利要求6所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：所述数据采集处理单元和中央处理系统之间通过无线模式传输信号。

8.根据权利要求7所述的基于霍尔元件的网式铁磁构件表面裂纹探测器，其特征在于：相邻的径向列之间的圆心角为15°-60°。