CN103575803A - 非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法及装置 - Google Patents

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彭旭钊
张丽攀
张士晶
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Abstract

一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法及检测装置，用于检测材料的表面及内部深层缺陷，首先在被检材料表面上方放置一产生开放磁场的圆柱形永磁体，使被检材料以一恒定的速度相对于永磁体发生移动；由材料中感应出涡流与永磁体产生的开放磁场发生相互作用使得材料受到洛伦兹力的作用，永磁体受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力；利用与永磁体相连接的测力传感器测得永磁体所受到的力并转换为电压信号经信号调理电路后，再经A/D转换电路，在计算机采集处理模块中呈现出来；本发明方法原理简单，与传统涡流检测相比，具有检测材料内部深层缺陷的优势，在检测缺陷领域具有广阔的应用前景。

Description

非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法及装置
技术领域
本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法及检测装置。
背景技术
 现代重大设备大多数在高温、高压、高速和高负载条件下运行，其重要部件广泛采用新型合金材料，特别是非铁磁性合金材料如铝合金，其具有强度高、密度低和耐腐蚀性强等特性。如部件中带有缺陷或设备运行时产生缺陷，就会降低设备运行的安全性，甚至导致恶性事故发生。因此，为了在生产和使用过程中及时发现设备中的缺陷，以进行零件更换或返修，保障设备可靠运行及人身安全，需要对其实施无损检测。
目前，常用于非铁磁性金属材料缺陷的电磁类无损检测方法通常为传统涡流检测法。传统涡流检测法不需要耦合剂，可以避免与被检测对象直接接触，且灵敏度高，但难以检出材料内部的深层缺陷，且传感器与材料之间有细微的提离距离差异都将给检测信号带来极大的影响。
    洛伦兹力涡流检测法是在传统涡流检测法基础上发展而来的一种新型电磁无损检测方法，其检测原理在于当永磁体与被检材料发生相对运动时，材料会受到洛伦兹力作用，根据牛顿第三定律，永磁体受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力，利用测力传感器测得永磁体所受到力的大小变化，从而获得缺陷的相关信息。该方法克服了传统涡流检测法的不足，提高了检测材料内部深层缺陷的效率，且对于传感器和材料间的提离距离差异敏感度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法及检测装置，该方法克服了传统涡流检测法难以检出材料内部深层缺陷，且对于传感器和材料间的提离距离差异敏感的问题。
本发明是这样来实现的，（1）在被检材料表面上方固定一产生开放磁场的圆柱形永磁体，永磁体通过一固定装置与测力传感器相连接，然后使被检材料以一恒定的速度相对于永磁体发生移动；                                                              
   （2）当材料与永磁体发生相对运动时，材料中感应出涡流与永磁体产生的开放磁场相互作用时，材料将受到洛伦兹力的作用，根据牛顿第三定律，永磁体势必受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力，利用测力传感测得永磁体所受力并转化为电压信号经信号调理电路后，再经A/D转换电路，最后在计算机采集处理软件中呈现出来；
   （3）通过观察电压信号是否存在明显畸变，判断材料有无缺陷；所述的恒定的速度为大于0.3 m/s（一般为0.3-0.7m/s）所述圆柱形永磁体与被检材料的垂直距离H为2mm≤ H ≤5mm。
    实现上述检测方法步骤（2）中所涉及的主要装置包括包括圆柱形永磁体、固定装置、测力传感器、信号调理电路、A/D转换电路和计算机采集处理模块。其中，测力传感器用于缺陷引起的永磁体受力发生改变的获取，并将其转化电压信号，传送给信号调理电路，信号调理电路对获得的电压信号进行放大、滤波后，传送给A/D转换电路并转换为数字信号后最终送入计算机采集处理模块进行处理。
本发明的技术效果是：本发明的实质是利用一永磁体在材料表面产生一开放磁场，且材料与永磁体发生相对运动时在材料中产生洛伦兹力，根据牛顿第三定律，永磁体受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力，利用测力传感器测得永磁体所受到力变化并转化为电压信号，从而获得缺陷的相关信息，它具有材料内部深层缺陷检测效果好，检测方便快捷的优点。
附图说明
图1为本发明检测方法的原理示意图。
图2为本发明检测方法的装置总体结构示意图。
图3为本发明检测方法的装置扫查示意图。
在图中，1、圆柱形永磁体  2、固定装置  3、测力传感器  4、被检材料  5、开放磁场  6、涡流  7、信号调理电路  8、A/D转换电路  9、计算机采集处理模块。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明作进一步详细说明；
本发明检测方法原理如图1所示，首先在被检材料4表面上方放置一产生开放磁场5的圆柱形永磁体1，然后使下方的被检材料4以一恒定的速度V相对于圆柱形永磁体1发生移动；此时，由被检材料4中感应出涡流与圆柱形永磁体1产生的开放磁场5发生相互作用使得被检材料4受到洛伦兹力F0的作用，根据牛顿第三定律，圆柱形永磁体1则受到一个与洛伦兹力F0大小相等方向相反的作用力F1，利用测力传感器测定F1就评估被检材料4的缺陷；
    下面结合具体实施例详细阐述本发明，其步骤包括：
   （1）在被检材料表面上方2～5mm处固定一产生开放磁场的直径为20mm、高为30mm的圆柱形永磁体，永磁体通过一固定装置与测力传感器相连接，然后使被检材料以大于0.3 m/s（一般为0.3-0.7m/s）以上的恒定速度相对于永磁体发生移动；                                                              
   （2）当材料与永磁体发生相对运动时，材料中感应出涡流与永磁体产生的开放磁场相互作用时，材料将受到洛伦兹力的作用，根据牛顿第三定律，永磁体势必受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力，利用测力传感测得永磁体所受力并转化为电压信号经信号调理电路后，再经A/D转换电路，最后在计算机采集处理软件中呈现出来；
   （3）通过观察电压信号是否存在明显畸变，判断材料有无缺陷。
如图2所示，本发明检测装置包括圆柱形永磁体1、固定装置2、测力传感器3、信号调理电路7、A/D转换电路8和计算机采集处理模块9。测力传感器3用于测得圆柱形永磁体1所受作用力，并将其转化电压信号，传送给信号调理电路7，信号调理电路7对获得的电压信号进行放大、滤波后，传送给A/D转换电路8，并转换为数字信号并最终送入计算机采集处理模块9进行处理。计算机采集处理模块9实现信号采集、信号显示和数据存储等功能，对接收的数据进行处理，判断数字电压信号是否存在畸变，获得被检材料4是否存在缺陷的信息。
本发明检测方法的装置扫查示意图如图3所示，直径为20mm、高为30mm的圆柱形永磁体1通过固定装置2与测力传感器3相连接，圆柱形永磁体1与被测材料4垂直，二者之间的垂直距离为H，2mm≤ H ≤5mm。圆柱形永磁体1在被测材料4上方产生一开放磁场5，且被测材料4以一恒定速度0.5m/s相对于圆柱形永磁体1向左发生移动。此时，被测材料4中感应出涡流6与开放磁场5相互作用使得被测材料4受到洛伦兹力F0的作用，圆柱形永磁体1受到其反作用力F1，利用测力传感器3测得F1，即可表征缺陷。

Claims (4)

1.一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法，其特征在于，所述的检测方法包括以下步骤：
（1）在被检材料表面上方固定一产生开放磁场的圆柱形永磁体，永磁体通过一固定装置与测力传感器相连接，被检材料位于圆柱形永磁体下方，然后使被检材料以一恒定的速度相对于永磁体发生移动；                                                              
   （2）当材料与永磁体发生相对运动时，材料中感应出涡流与永磁体产生的开放磁场相互作用时，材料将受到洛伦兹力的作用，根据牛顿第三定律，永磁体势必受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的作用力，利用测力传感测得永磁体所受力并转化为电压信号经信号调理电路后，再经A/D转换电路，最后在计算机采集处理软件中呈现出来；
   （3）通过观察电压信号是否存在明显畸变，判断材料有无缺陷。
2.如权利要求1所述的一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法，其特征在于，所述的恒定的速度为大于0.3m/s。
3.如权利要求1所述的一种非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法，其特征在于，所述圆柱形永磁体与被检材料的垂直距离H为2mm≤ H ≤5mm。
4.所述非铁磁性金属材料缺陷的洛伦兹力涡流检测方法所用的检测装置，它包括包括包括圆柱形永磁体、固定装置、测力传感器、信号调理电路、A/D转换电路和计算机采集处理模块，其特征在于，用于形成开放磁场的圆柱形永磁体连接固定装置的下表面，测力传感器连接在固定装置的上表面，测力传感器获取缺陷引起的永磁体受力发生改变信号，并转换为电压信号后传递给与其相连的信号调理电路，信号调理电路对获得的电压信号进行放大、滤波后，传送给与其相连的A/D转换电路，A/D转换电路和计算机采集处理模块相连。
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