CN103353478B - 一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁声成像和漏磁成像的复合无损检测方法，将待测钢板磁化至饱和状态，以减少磁致伸缩效应对检测的影响，然后通过磁敏感元件接收被测钢板的漏磁信号，再将此信号送入计算机系统处理得到漏磁成像图。在漏磁检测的基础上，增加EMAT激励线圈和超声探头，并通过脉冲电流激发EMAT线圈，在被测钢板表面产生涡流。该涡流在偏置磁场的作用下产生洛伦兹力，并引起振动从而产生超声波。然后，利用超声探头检测超声信号，并送入计算机处理得到磁声成像图。最后，将上述两种成像图分别进行与和异或运算，可对缺陷所在的内外层次进行准确定位。本方法可以对缺陷的内外表面分布，且检测时不需要耦合剂，从而给实际检测、维修带来便利。

Description

一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别是一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法。

背景技术

随着石油工业的发展，目前管道运输作为五大运输工具之一早在石油经济中就占据了重要的地位。然而这些管道常年处于恶劣的环境下，且使用的年龄也较长。现有长输管道和储罐的正经历逐步老化，以及原油质量的不断劣化，因腐蚀引起的管道泄漏及储罐火灾现象时有发生。这给人民的人生财产安全带来了极大地危害。因此检测出管道的缺陷，提前做好防范措施无疑可以减少国家和人民的财产损失。

中国专利申请（CN1865976A）公开了一种“大面积钢板缺陷漏磁检测”。该专利采用励磁装置对钢板进行局部磁化，然后用磁敏感元件探头提取漏磁信号，从而得到钢板表面的缺陷信息。

中国专利申请（CN101354380A)公开了一种“涡流、电磁超声组合式无损检测方法”。该方法通过涡流检测和电磁超声检测的结合，可以对待测钢板的结果互相检验和补偿，从而实现对待测钢板表面及更深度的缺陷的检测。但是以上所提出的两种检测方法均不能区分出出现的缺陷具体处于待测钢板的哪个表面，从而给管道或者钢板的维修带来了很大的不便，同时也增加维修的费用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的检测方法均不能区分缺陷具体处于待测钢板的哪个表面，从而给管道或者钢板的维修带来了很大的不便的缺点，提出一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法。

本发明采用如下技术方案：

一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤

1）将待测钢板磁化至饱和状态，再对其施加偏置磁场和由交变激励信号产生的交变磁场；

2）分别接收步骤1）中产生的漏磁信号和超声信号，并分别送入漏磁信号通道和超声信号通道；

3）分别对送入漏磁信号通道中的漏磁信号和送入超声信号通道中的超声信号进行放大和滤波处理，而后分别转换成数字信号；

4）分别将3）中的数字信号通过计算机系统处理得到漏磁成像图和磁声成像图，再将这两种图像分别进行二值化；最后，将二值化后的结果进行图像融合分别得出待测钢板内、外表面缺陷图像。

进一步的，在步骤1）中，通过检测装置施加偏置磁场和交变磁场，检测装置包括U型磁轭、永磁体、电磁超声换能激发线圈，该电磁超声换能激发线圈置于U型磁轭的正下方，并按设定的高度H置于待测钢板表面，通过输入交变激励信号产生交变磁场。

进一步的，检测装置还包括分别用于接收漏磁信号和超声信号的霍尔传感器和超声探头，该霍尔传感器按设定的提离值H1，横向阵列置于待测钢板上方，该超声探头按设定的提离值H2，布置于电磁超声换能激发线圈周围。

进一步的，所述的电磁超声换能激发线圈是用于发射激励信号的单一线圈，其高度H为2-3mm。

进一步的，所述的霍尔传感器提离值H1为2-5mm，所述的超声探头提离值为H2为1-2mm。

进一步的，在步骤1）中，所述的交变激励信号强度q为50-100A，频率f为500KHZ-2MHZ，长度n为2-8个周期。

进一步的，在步骤1）中，所述激励信号在漏磁检测信号采样的间隙中激发。

进一步的，在步骤4）中，所述的磁声成像图是利用重建洛伦兹力散度，再由洛伦兹力散度进一步获得电流密度旋度；然后利用电流密度的无散性以及电流密度的法向分量为零的边界条件，重建出电流密度，最后重建得到被测目标的磁声成像图。

进一步的，在步骤4）中，所述的图像融合是指两幅图像进行与运算，得到钢板内表面缺陷图像，再通过异或运算得到钢板外表面缺陷图像。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，是在漏磁检测的基础上，增加能产生动态交变磁场的激发线圈和超声检测探头。超声探头检测待测钢板激发出的磁声信号，再将此信号送入计算机处理，得出待测钢板的磁声成像图，然后与漏磁成像图相融合，便可以分别得出待测钢板内，外表面缺陷图像，实现缺陷的内外表面缺陷识别。另外，本发明属于非接触无损检测技术，同时结构简单、测量快捷方便、无需耦合剂等特点。

附图说明

图1为磁声成像与漏磁成像复合检测原理图；

图2a为漏磁检测信号；

图2b为漏磁成像图（磁导率成像）；

图2c为洛伦兹力成像图（电导率成像）；

图2d为复合检测内表面成像图；

图2e为复合检测外表面成像图。

其中：1、U型磁轭，2、永磁体，3、待测钢板，4、超声探头，5、电磁超声换能激发线圈（EMAT），6、霍尔传感器。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1，检测装置包括U型磁轭1、永磁体2、电磁超声换能（EMAT）激发线圈5，霍尔传感器6，超声探头4。其中，U型磁轭1与永磁体2构成了磁场发生器用于施加偏置磁场；电磁超声换能激发线圈（EMAT）5按设定的高度H置于待测钢板3的表面；霍尔传感器6按设定的提离H1，横向阵列4-6个置于待测钢板上方，电磁超声换能激发线圈（EMAT）5周围布置4-6个超声探头4。设置所述的电磁超声换能激发线圈提离值H为2-3mm，所述霍尔传感器的提离值H1为2-5mm。所述超声探头的提离值H2为1-2mm。

本发明包括如下步骤

1）将待测钢板3磁化至饱和状态以减少磁致伸缩对检测结果的影响，再对其施加偏置磁场和由交变激励信号产生的交变磁场。当待测钢板有缺陷时，霍尔传感器6可以检测出漏磁信号。通过在漏磁检测信号采样的间隙施加频率为500kHz-2MHz，强度为20-100A的正弦波脉冲激励信号激发电磁超声换能激发线圈（EMAT）5，此时，待测钢板3表面感应出涡流，该涡流在偏置磁场的作用下，在待测钢板3表面产生洛伦兹力并产生微小振动，进而产生超声波。超声探头4可检测出此超声回波信号。

2）分别接收步骤1）中产生的漏磁信号和超声信号。将拾取到的超声信号与漏磁信号送入信号处理单元中。所述信号处理单元由超声信号通道、漏磁信号通道、放大滤波模块、A/D转换器及计算机处理系统组成。

3）分别对送入漏磁信号通道中的漏磁信号和送入超声信号通道中的超声信号进行放大和滤波处理，而后经A/D转换器转换分别转换成数字信号。

4）分别将3）中的数字信号通过计算机系统处理得到漏磁成像图和磁声成像图，再将这两种图像分别进行二值化（例如：有缺陷处为1，无缺陷处为0）；最后，将二值化后的结果进行图像融合分别得出待测钢板内、外表面缺陷图像。

进一步的，在步骤4）中，漏磁成像图是根据现有的漏磁无损检测技术进行扫描得到大Cscan图。磁声成像图是利用重建洛伦兹力散度，再由洛伦兹力散度进一步获得电流密度旋度；然后利用电流密度的无散性以及电流密度的法向分量为零的边界条件，重建出电流密度，最后重建得到待测钢板的磁声成像图。

进一步的，在步骤4）中，所述的图像融合是指两幅图像进行与运算，得到钢板内表面缺陷图像，再通过异或运算得到钢板外表面缺陷图像。

选取厚度为8mm的Q235钢板作为待测钢板3，永磁体2选择长50mm，宽30mm，厚20mm的N35钕铁硼。线圈5采用PCB制作的折线线圈，PCB板厚为1mm，线宽为0.5mm。将超声探头4以1mm的提离值置于待测钢板3的四周。用型号为AH3503，数量为4个的霍尔元件作为检测元件横向阵列放置，以3mm的提离值测量待测钢板3表面的漏磁场。在漏磁检测信号采样的间隙往线圈中施加如图2a的50A，1MHz的正弦波脉冲信号，并用超声探头4检测线圈检测超声信号。将霍尔传感器6检测到的漏磁信号和超声探头4检测到的超声信号分别送入不同通道后进行放大滤波处理，再将处理后的数据经A/D转换器转换成数字信号后，分别送入计算机处理系统进行处理并在显示器上同步显示出信号波形，从而得到图2b的漏磁成像图和图2c的磁声成像图，再将这两种图像以二值化相融合，最后得到图2d的内表面缺陷成像图和图2e的外表面缺陷成像图。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤

1)将待测钢板磁化至饱和状态，再对其施加偏置磁场和由交变激励信号产生的交变磁场；

2)分别接收步骤1)中产生的漏磁信号和超声信号，并分别送入漏磁信号通道和超声信号通道；

3)分别对送入漏磁信号通道中的漏磁信号和送入超声信号通道中的超声信号进行放大和滤波处理，而后分别转换成数字信号；

4)分别将3)中的数字信号通过计算机系统处理得到漏磁成像图和磁声成像图，再将这两种图像分别进行二值化；最后，将二值化后的结果进行图像融合分别得出待测钢板内、外表面缺陷图像；所述的图像融合是指两幅图像进行与运算，得到钢板内表面缺陷图像，再通过异或运算得到钢板外表面缺陷图像。

2.如权利要求1所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：在步骤1)中，通过检测装置施加交变磁场和偏置磁场，检测装置包括U型磁轭、永磁体、电磁超声换能激发线圈，该电磁超声换能激发线圈置于U型磁轭的正下方，并按设定的高度H置于待测钢板表面，通过输入交变激励信号产生交变磁场。

3.如权利要求2所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：检测装置还包括分别用于接收漏磁信号和超声信号的霍尔传感器和超声探头，该霍尔传感器按设定的提离值H1，横向阵列置于待测钢板上方，该超声探头按设定的提离值H2，布置于电磁超声换能激发线圈周围。

4.如权利要求2所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：所述的电磁超声换能激发线圈是用于发射激励信号的单一线圈，其高度H为2-3mm。

5.如权利要求3所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：所述的霍尔传感器提离值H1为2-5mm，所述的超声探头提离值为H2为1-2mm。

6.如权利要求1所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的交变激励信号强度q为50-100A，频率f为500KHZ-2MHZ，长度n为2-8个周期。

7.如权利要求1或6所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：在步骤1)中，所述激励信号在漏磁检测信号采样的间隙中激发。

8.如权利要求1所述的一种磁声成像与漏磁成像的复合无损检测方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的磁声成像图是利用重建洛伦兹力散度，再由洛伦兹力散度进一步获得电流密度旋度；然后利用电流密度的无散性以及电流密度的法向分量为零的边界条件，重建出电流密度，最后重建得到被测目标的磁声成像图。