CN102841133A - 一种导磁材料无损实时检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导磁材料无损实时检测方法和系统，该方法通过巨磁阻传感器采集被磁化后导磁材料的信号，将采集到的信号与现有技术中导磁材料无缺陷状态下的正常值以及内部出现缺陷时磁阻变化的典型值进行比对，来判断导磁材料当前位置内部磁场的流动及缺陷处的磁场扩散状态。该方法采用的系统包括N组GMR传感器芯片组、下位机控制模块、磁化装置、报警装置、数据采集与处理模块和上位机。其中磁化装置实现对导磁材料的磁化和退磁，传感器芯片组用于感应导磁材料的磁阻变化，数据采集与处理模块对传感器芯片组采集到的模拟信号进行处理后与典型值和理想值进行比对。该方法检测成本低，能够对奇异件进行有效检测，且不会对人体构成威胁。

Description

一种导磁材料无损实时检测方法和系统

技术领域

发明涉及一种导磁材料无损实时检测方法和系统。

背景技术

随着经济的发展，铁、鈷、镍类导磁材料所制造的产品变得越来越广。然而，在我国，对钢铁类导磁材料的无损检测还是一个难点，即便是市面上存在着一些检测手段，但均无法经济、安全、方便的完成所需的无损检测。现在众多服役的导磁材料，多是采用定期维护、报废的策略来避免或减少事故的发生和经济的损失，然而受到材料加工、储存、使用条件等影响，定期维护、报废服役设备不仅会增加使用成本，还可能忽略掉在役设备可能存在的缺陷，给使用者带来不必要的经济损失，甚至会危及人身安全。

现行导磁材料的无损检测过程多是通过超声波检测或是磁粉无损检测技术，但超声波检测成本较高，且使用条件较为严格，耦合空间较小，且无法对奇异件进行有效检测；磁粉类无损检测不仅无法实现实时检测，细小的磁性粉尘还会对人体构成威胁，不宜长期使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种导磁材料无损实时检测方法和系统，能够实现对导磁材料的无损实时检测，且检测成本低；能够对奇异件进行有效检测，不会对人体构成威胁。

本发明的导磁材料无损实时检测方法的具体过程为：

步骤一：在导磁材料的待检测面布置N组巨磁阻传感器芯片组，其中N为大于等于2的整数；每组巨磁阻传感器芯片组包括两个或两个以上巨磁阻传传感器，巨磁阻传感器相互垂直排布，保证横向和纵向各至少一个巨磁阻传感器。

步骤二：将磁化装置与导磁材料接触，磁化装置对导磁材料进行磁化。

步骤三：采集当前时刻N组巨磁阻传感器芯片组的模拟信号，对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的N路数字信号；将布置的所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值；磁化装置对导磁材料进行退磁。

步骤四：分别将横向检测值和纵向检测值与数据库中导磁材料无缺陷状态下同方向上的理想值进行比对，若横向检测值或纵向检测值超过同方向上的理想值，则表示所检测的导磁材料在该方向有缺陷。

所述步骤三中在对所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行均值方差计算之前，先将当前时刻所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后再将同向巨磁阻传感器的剩余数字信号进行均值方差计算。

所述步骤四进一步包括，在数据库中还预存导磁材料各种缺陷状态下的典型值，分别将横向检测值和纵向检测值与同方向上的典型值进行比对，以显示缺陷的状态；所述缺陷的状态包括缺陷的位置、类型和大小。

基于上述方法的导磁材料无损实时检测系统包括N组巨磁阻传感器芯片组、下位机控制模块、磁化装置、报警装置、数据采集与处理模块，其中N为大于等于2的整数。

其中N组巨磁阻传感器芯片组布置在导磁材料的待检测面；每组巨磁阻传感器芯片组包括两个或两个以上巨磁阻传感器，巨磁阻传感器相互垂直排布，保证横向和纵向各至少一个巨磁阻传感器，所述N组巨磁阻传感器芯片组与数据采集与处理模块相连。磁化装置与导磁材料接触；下位机控制模块分别与N组巨磁阻传感器芯片组以及数据采集与处理模块互连；同时下位机控制模块分别与磁化装置和报警装置相连。

所述磁化装置，用于根据来自下位机控制模块的控制信号，实现对导磁材料的磁化或退磁。

所述下位机控制模块，用于在进行导磁材料无损实时检测时，首先控制磁化装置对导磁材料进行磁化，并向数据采集与处理模块发送采集指令；当接收到数据采集与处理模块返回的横向检测值和纵向检测值后，显示两个检测值并控制磁化装置对导磁材料进行退磁；然后，将所述横向检测值和纵向检测值分别与其内部数据库中导磁材料无缺陷状态下的同方向上的理想值进行比对，若横向检测值或纵向检测值超过同方向上的理想值，则表示所检测的导磁材料在该方向有缺陷，控制报警装置给出声光报警。

所述数据采集与处理模块，用于接收到下位机控制模块的采集指令后，实时采集当前时刻巨磁阻传感器芯片组的N路模拟信号，对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的N路数字信号；数据采集与处理模块将当前时刻所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后数据采集与处理模块将剩余同向巨磁阻传感器数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值，返回给所述下位机控制模块。

该系统进一步包括上位机，所述数据采集与处理模块通过数据总线与上位机互连；在上位机中预存导磁材料在各种缺陷状态下的典型值。

所述数据采集与处理模块进一步用于，将得到的横向检测值和纵向检测值通过数据总线发送给上位机；所述上位机，用于显示下位机传来的数据，并分别将接收到的横向检测值和纵向检测值与同方向上的典型值进行比对，以显示缺陷的状态；所述缺陷的状态包括缺陷的位置、类型和大小。所述数据总线为RS485总线。

有益效果：

（1）本发明的导磁材料无损检测是通过对导磁材料磁化后，在导磁材料上布置巨磁阻传感器检测导磁材料磁阻的变化来对其进行缺陷检测，与传统的超声波检测相比检测成本低，而且能够对奇异件进行有效检测。

（2）通过巨磁阻传感器能够对导磁材料进行实时检测，与传统磁粉无损检测技术相比更安全，不会对人体构成威胁，适宜长期使用。

（3）本发明中上位机和下位机间采用RS485总线的通讯方法，能够根据工作需要，实现点对多的工作模式，单台上位机控制多台下位机工作，从而实现单台上位机控制多组导磁材料的无损检测工作，并能将多组检测数据实时传输到上位机中，以便后期使用。

附图说明

图1为导磁材料无损实时检测系统结构组成。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种导磁材料无损实时检测方法，该方法采用的系统如图1所示。采用该方法进行导磁材料无损实时检测的原理为：当导磁材料内部出现缺陷时，其磁化后内部的磁阻会发生改变，现有技术中有这些变化的典型值以及导磁材料无缺陷状态下的正常值，通过巨磁阻传感器采集被磁化后导磁材料的信号，这些信号进一步处理后与上述典型值和正常值进行比对，便可显示导磁材料当前位置内部磁场的流动以及缺陷处的磁场扩散状态。

该检测方法采用的系统包括上位机和下位机，上位机和下位机之间通过数据总线互连。下位机包括N组（N为大于等于2的整数）巨磁阻（GMR）传感器芯片组、下位机控制模块、磁化装置、报警装置、数据采集与处理模块。由于GMR传感器为单向敏感传感器，同时导磁材料内部磁场的流动具有方向性，为了更准确的对导磁材料内部的缺陷进行检测，在每组巨磁阻传感器芯片组上布置两个或两个以上GMR传感器，且GMR传感器芯片相互垂直排布，至少保证横向和纵向各一个GMR传感器。GMR传感器芯片组布置在导磁材料的待检测面；用于检测导磁材料待检测面表面及内部磁场的流动以及缺陷处的磁场扩散状态；同时GMR传感器芯片组与下位机控制模块互连，N组巨磁阻传感器芯片组与数据采集与处理模块相连。磁化装置与导磁材料接触，用于实现对导磁材料的磁化或消磁。下位机控制模块与磁化分别与报警装置和磁化装置相连。下位机控制模块与数据采集和处理模块互连；数据采集和处理模块通过数据总线与上位机互连。

该系统具有离线和在线两种工作模式，其中离线模式下只能检测导磁材料内部有无缺陷，在线模式下能够对缺陷的状态进行进一步检测。

在离线状态下（不与上位机连接）其工作过程为：

（101）下位机开机，打开下位机的检测按钮，进入待检测状态；

（102）将磁化装置与导磁材料接触，下位机控制模块控制磁化装置对导磁材料进行磁化；

（103）下位机控制模块控制数据采集和处理模块实时采集当前时刻N组GMR传感器芯片组的模拟信号，并对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的电压（或电流）值，将当前时刻所有同向传感器的电压（或电流）值进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后再将同向传感器的剩余数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值，将两个下位机的显示屏上显示；同时下位机控制模块控制磁化装置对导磁材料进行退磁；

（104）下位机控制模块内部存储有导磁材料在无缺陷状态下的理想值，该理想值成对存储，每对理想值中包括横向理想值和纵向理想值。下位机控制模块分别将横向检测值和纵向检测值与导磁材料无缺陷状态下同方向上的理想值进行比对，若横向检测值或纵向检测值超过同方向上的理想值，则表示所检测的导磁材料在该方向上有缺陷。下位机控制模块控制报警装置给出相应声光报警信息。

在线状态下（与上位机连接）其工作过程为：

（201）上位机通过总线将检测指令发送给下位机，下位机进入待检测状态；

（202）将磁化装置与导磁材料接触，下位机控制模块控制磁化装置对导磁材料进行磁化；

（203）下位机控制模块控制数据采集和处理模块实时采集当前时刻N组GMR传感器芯片组的模拟信号，并对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的电压（或电流）值，将当前时刻所有同向传感器的电压（或电流）值进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后再将同向GMR传感器的剩余数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值，将两个下位机的显示屏上显示；同时下位机控制模块控制磁化装置对导磁材料进行退磁。

（204）数据采集和处理模块将得到的横向检测值和纵向检测值通过RS485数据总线发送给上位机，上位机显示接收到的数据。同时在上位机中存储有导磁材料常见缺陷状态下引起其内部磁阻变化的典型值，上位机将接收到的横向检测值和纵向检测与其内部存储的典型值进行比对，便可显示导磁材料内部缺陷的状态，包括缺陷的位置、类型和大小。

本发明采用的是RS485通讯方法，能够实现多组检测系统，同时完成实时检测工作的通讯任务，并能将多组检测数据实时传输到上位机并储存在硬盘中，以便后期使用。

本发明可以根据工作需要，实现点对多的工作模式，实现单台上位工控机控制多台下位机工作，实现一台上位机检测多组导磁材料的无损检测工作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种导磁材料无损实时检测方法，其特征在于，

步骤一：在导磁材料的待检测面布置N组巨磁阻传感器芯片组，其中N为大于等于2的整数；每组巨磁阻传感器芯片组包括两个或两个以上巨磁阻传传感器，巨磁阻传感器相互垂直排布，保证横向和纵向各至少一个巨磁阻传感器；

步骤二：将磁化装置与导磁材料接触，磁化装置对导磁材料进行磁化；

步骤三：采集当前时刻N组巨磁阻传感器芯片组的模拟信号，对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的N路数字信号；将布置的所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值；磁化装置对导磁材料进行退磁；

步骤四：分别将横向检测值和纵向检测值与数据库中导磁材料无缺陷状态下同方向上的理想值进行比对，若横向检测值或纵向检测值超过同方向上的理想值，则表示所检测的导磁材料在该方向有缺陷。

2.如权利要求1所述的一种导磁材料无损实时检测方法，其特征在于，所述步骤三中在对所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行均值方差计算之前，先将当前时刻所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后再将同向巨磁阻传感器的剩余数字信号进行均值方差计算。

3.如权利要求1所述的一种导磁材料无损实时检测方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括，在数据库中还预存导磁材料各种缺陷状态下的典型值，分别将横向检测值和纵向检测值与同方向上的典型值进行比对，以显示缺陷的状态；所述缺陷的状态包括缺陷的位置、类型和大小。

4.一种导磁材料无损实时检测系统，其特征在于，该系统包括N组巨磁阻传感器芯片组、下位机控制模块、磁化装置、报警装置、数据采集与处理模块，其中N为大于等于2的整数；

所述N组巨磁阻传感器芯片组布置在导磁材料的待检测面；每组巨磁阻传感器芯片组包括两个或两个以上巨磁阻传感器，巨磁阻传感器相互垂直排布，保证横向和纵向各至少一个巨磁阻传感器，所述N组巨磁阻传感器芯片组与数据采集与处理模块相连；磁化装置与导磁材料接触；下位机控制模块分别与N组巨磁阻传感器芯片组以及数据采集与处理模块互连；同时下位机控制模块分别与磁化装置和报警装置相连；

所述磁化装置，用于根据来自下位机控制模块的控制信号，实现对导磁材料的磁化或退磁；

所述下位机控制模块，用于在进行导磁材料无损实时检测时，首先控制磁化装置对导磁材料进行磁化，并向数据采集与处理模块发送采集指令；当接收到数据采集与处理模块返回的横向检测值和纵向检测值后，显示两个检测值并控制磁化装置对导磁材料进行退磁；然后，将所述横向检测值和纵向检测值分别与其内部数据库中导磁材料无缺陷状态下的同方向上的理想值进行比对，若横向检测值或纵向检测值超过同方向上的理想值，则表示所检测的导磁材料在该方向有缺陷，控制报警装置给出声光报警；

所述数据采集与处理模块，用于接收到下位机控制模块的采集指令后，实时采集当前时刻巨磁阻传感器芯片组的N路模拟信号，对当前采集的N路模拟信号进行A/D转换，得到当前时刻的N路数字信号；数据采集与处理模块将当前时刻所有同向巨磁阻传感器的数字信号进行两两比对，若比对后的最大值与次大值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最大值；若比对后的最小值与次小值之间的差值超过设定值，则屏蔽掉最小值；然后数据采集与处理模块将剩余同向巨磁阻传感器数字信号进行均值方差计算，分别得到横向检测值和纵向检测值，返回给所述下位机控制模块。

5.如权利要求4所述的一种导磁材料无损实时检测系统，其特征在于，进一步包括上位机，所述数据采集与处理模块通过数据总线与上位机互连；在上位机中预存导磁材料在各种缺陷状态下的典型值；

所述数据采集与处理模块进一步用于，将得到的横向检测值和纵向检测值通过数据总线发送给上位机；

所述上位机，用于显示下位机传来的数据，并分别将接收到的横向检测值和纵向检测值与同方向上的典型值进行比对，以显示缺陷的状态；所述缺陷的状态包括缺陷的位置、类型和大小。

6.如权利要求4所述的一种导磁材料无损实时检测系统，其特征在于，所述数据总线为RS485总线。

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