CN103712637A

CN103712637A - 磁约束脉冲涡流检测方法与装置

Info

Publication number: CN103712637A
Application number: CN201310710779.1A
Authority: CN
Inventors: 武新军; 李建; 邓东阁; 张卿
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103712637B

Abstract

本发明公开了一种磁约束脉冲涡流检测方法与装置。其方法是在被测构件表面设置一个圆环形永磁体，其上下端面为磁极且极性相反，并使永磁体的中心线与被测构件表面的法线重合；依次同轴设置接收线圈和激励线圈在永磁体的内部；在激励线圈中加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场；在关闭激励线圈中的直流电流的同时，测量接收线圈的感应电压，得到检测信号。其装置包括脉冲涡流传感器、激励控制单元、信号处理单元、A/D转换单元和计算处理器，脉冲涡流传感器中设置有圆环形永磁体。本发明利用上下端面为磁极的圆环形永磁体，在被测构件中产生垂直于其表面的偏置磁场，约束了被测构件中感应涡流的向外扩散，可有效提高检测灵敏度。

Description

磁约束脉冲涡流检测方法与装置

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于磁约束的脉冲涡流检测方法与装置。

背景技术

在脉冲涡流检测技术中，被测构件中的电磁响应可等效为向下、向外扩散的涡流，涡流的扩散规律能反映试件被测区域的大小和厚度。通过检测由涡流产生的磁场，便可实现对被测构件壁厚减薄的检测。然而，由于检测时涡流向外扩散，造成涡流能量分散，使得检测灵敏度偏低。

CN200910061369.2公开了一种对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法与装置，其中通过降低导磁保护层材料的磁导率，使更多的能量作用在被测构件上，可在一定程度上提高检测灵敏度，然而，该方法需要将导磁保护层磁化到饱和或深度饱和。除此之外，该方法还存在以下不足：例如，按照该现有技术中的一个优选实施方案，磁化单元包括永久磁铁和磁轭，磁轭的两端下方分别吸附有一永久磁铁，磁轭的两端磁铁极性相反，检测时被测构件的磁化方向与其表面平行，对涡流的向外扩散起不到约束的作用；按照该现有技术中的另一种具体实施方式，磁化单元被设定为直流磁化线圈，虽然检测时被测构件的磁化方向与其表面垂直，但该方式直流磁化线圈发热严重，同样会影响检测精度。因此，亟需寻找更为完善的脉冲涡流检测方案，以便克服现有技术中的上述缺陷。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或改进需求，本发明提供了一种磁约束脉冲涡流检测方法，该方法能有效提高脉冲涡流检测的灵敏度。同时，本发明还提供了实现该方法的装置。

一种磁约束脉冲涡流检测方法，包括下述步骤：

（a）在被测构件表面设置一个圆环形永磁体，其上下端面为磁极且极性相反，并使永磁体的中心线与被测构件表面的法线重合；

（b）在永磁体内部同轴设置接收线圈，其中接收线圈的外径小于圆环形永磁体的内径；

（c）在接收线圈内部同轴设置激励线圈，其中激励线圈的外径小于接收线圈的内径；

（d）在激励线圈中加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈上下两端的磁极极性与永磁体上下两端的磁极极性正好相反；

（e）在关闭激励线圈中的直流电流的同时，测量接收线圈中所产生的感应电压并信号处理，由此获得脉冲涡流检测信号。

实现上述检测方法的装置，其特征在于，该装置包括脉冲涡流传感器、激励控制单元、信号处理单元、A/D转换单元和计算处理器，其中：

所述脉冲涡流传感器包括底座、永磁体、激励线圈、接收线圈、挡板、航空插座、端盖和把手，其中底座呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由端盖予以封闭；航空插座和把手设置在端盖上；永磁体呈圆环状结构，其上下端面为磁极且极性相反，同轴设置在底座的底部；接收线圈同轴设置在永磁体的内部，它的内部继续同轴设置激励线圈，并且接收线圈的内径大于激励线圈的外径，接收线圈的外径小于永磁体的内径；挡板通过螺钉固定在底座的中央，并紧压激励线圈和永磁体；挡板上开有穿线孔，便于激励线圈和接收线圈通过航空插座分别实现与外部的电连接；

所述激励控制单元通过航空插座实现与激励线圈的电连接，用于对激励线圈加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈上下两端的磁极极性与永磁体上下两端的磁极极性正好相反；此外，当停止对激励线圈加载直流电流时，接收线圈将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元；

所述信号处理单元同样通过航空插座实现与接收线圈的电连接，并用于对来自接收线圈的信号执行放大和滤波处理，然后传送给A/D转换单元；

所述A/D转换单元将来自信号处理单元的模拟信号转换成数字信号送入计算处理器进行后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程。

作为进一步优选地，所述永磁体优选采用铁氧体材料制成，所述激励线圈和接收线圈优选采用漆包铜线绕制而成。

作为进一步优选地，所述底座、端盖、挡板和把手均优选采用绝缘材料制成。

本发明的技术效果体现在：本发明利用上下端面为磁极的圆环形永磁体，在被测构件中产生垂直于其表面的偏置磁场，约束了被测构件中感应涡流的向外扩散，可有效提高检测灵敏度。

附图说明

图1是本发明检测方法的原理示意图；

图2a是在激励线圈中加载直流电流时的磁极分布示意图；

图2b是在关闭激励线圈中的直流电流后，被测构件中涡流向外扩散受到约束的示意图；

图3是本发明装置的总体结构图；

图4是本发明装置中脉冲涡流传感器的一种具体实施方式的结构剖视图；

图5是利用本发明装置进行检测的试样简图；

图6是当脉冲涡流传感器中分别有或无圆环形永磁体时对试样进行检测，得到的信号波形对比图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-被测构件2-脉冲涡流传感器3-激励控制单元4-信号处理单元5-A/D转换单元6-计算处理器7-永磁体8-底座9-穿线孔10-把手11-航空插座12-端盖13-挡板14-激励线圈15-接收线圈16-偏置磁场17-涡流

具体实施方式

本发明提供的磁约束脉冲涡流检测方法，包括以下步骤：

本发明检测方法原理示意图如图1所示，首先在被测构件1表面设置一个圆环形永磁体7，其上下端面为磁极且极性相反，并使永磁体7的中心线与被测构件1表面的法线重合,则永磁体7会在被测构件1中产生垂直于其表面的偏置磁场16；接着在永磁体7内部依次同轴设置接收线圈15和激励线圈14，其中接收线圈15的外径小于圆环形永磁体的内径，激励线圈14的外径小于接收线圈15的内径；然后在激励线圈14中加载直流电流，产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈14上下两端的磁极极性与永磁体7上下两端的磁极极性正好相反，如图2a所示；最后，关闭激励线圈14中的直流电流的同时，测量接收线圈15中所产生的感应电压并信号处理，由此获得脉冲涡流检测信号。由于关闭激励线圈14中的直流电流时，根据楞次定律，被测构件1中会产生涡流17，并不断向下、向外扩散，当其扩散到圆环形永磁体7的下方时，涡流17会因偏置磁场16的作用而受到如图2所示的洛伦兹力F，其向外扩散的趋势将会受到约束，涡流17的能量比无圆环形永磁体7时更集中，因而能有效提高检测灵敏度。

如图3所示，本发明装置包括脉冲涡流传感器2、激励控制单元3、信号处理单元4、A/D转换单元5和计算处理器6，其中：

脉冲涡流传感器2包括底座8、永磁体7、激励线圈14、接收线圈15、挡板13、航空插座11、端盖12和把手10，如图4所示。其中底座8呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由端盖12予以封闭；航空插座11和把手10设置在端盖12上；永磁体7呈圆环状结构，其上下端面为磁极且极性相反，同轴设置在底座8的底部；接收线圈15同轴设置在永磁体7的内部，它的内部继续同轴设置激励线圈14，并且接收线圈15的内径大于激励线圈14的外径，接收线圈15的外径小于永磁体7的内径；挡板13通过螺钉固定在底座8的中央，并紧压激励线圈14和永磁体7；挡板13上开有穿线孔9，便于激励线圈14和接收线圈15通过航空插座11分别实现与外部的电连接；所述激励线圈14和接收线圈15采用漆包铜线绕制而成，永磁体7采用铁氧体材料制成，底座8、端盖12、挡板13和把手10采用绝缘材料制成；

激励控制单元3通过航空插座11实现与激励线圈14的电连接，用于对激励线圈14加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈14上下两端的磁极极性与永磁体7上下两端的磁极极性正好相反；此外，当停止对激励线圈14加载直流电流时，接收线圈15将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元4；

信号处理单元4同样通过航空插座11实现与接收线圈15的电连接，并用于对来自接收线圈4的信号执行放大和滤波处理，然后传送给A/D转换单元5；

A/D转换单元5将来自信号处理单元4的模拟信号转换成数字信号送入计算处理器6；所述计算处理器相应对所述数字信号予以后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程。

图5是利用本发明装置进行检测的试样简图，该试样为长500mm、宽250mm的阶梯状16Mn钢板，区域①厚度为25mm，区域②厚度为15mm。

图6是当脉冲涡流传感器2中分别有或无圆环形永磁体7时对试样进行检测，得到的信号波形对比图，纵轴代表信号幅值（V），横轴代表时间（s）。其中虚线代表无圆环形永磁体7时的信号波形，而实线则代表有圆环形永磁体7时的信号波形。从图6可知，区域①和区域②的信号之间的差异在脉冲涡流传感器2中有圆环形永磁体7时更大，可见利用本发明可有效提高检测灵敏度。

Claims

1.一种磁约束脉冲涡流检测方法，包括下述步骤：

2.一种磁约束脉冲涡流检测装置，其特征在于，该装置包括脉冲涡流传感器（2）、激励控制单元（3）、信号处理单元（4）、A/D转换单元（5）和计算处理器（6），其中：

所述脉冲涡流传感器（2）包括底座（8）、永磁体（7）、激励线圈（14）、接收线圈（15）、挡板（13）、航空插座（11）、端盖（12）和把手（10），其中底座（8）呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由端盖（12）予以封闭；航空插座（11）和把手（10）设置在端盖（12）上；永磁体（7）呈圆环状结构，其上下端面为磁极且极性相反，同轴设置在底座（8）的底部；接收线圈（15）同轴设置在永磁体（7）的内部，它的内部继续同轴设置激励线圈（14），并且接收线圈（15）的内径大于激励线圈（14）的外径，接收线圈（15）的外径小于永磁体（7）的内径；挡板（13）通过螺钉固定在底座（8）的中央，并紧压激励线圈（14）和永磁体（7）；挡板（13）上开有穿线孔（9），便于激励线圈（14）和接收线圈（15）通过航空插座（11）分别实现与外部的电连接；

所述激励控制单元（3）通过航空插座（11）实现与激励线圈（14）的电连接，用于对激励线圈（14）加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈（14）上下两端的磁极极性与永磁体（7）上下两端的磁极极性正好相反；此外，当停止对激励线圈（14）加载直流电流时，接收线圈（15）将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元（4）；

所述信号处理单元（4）同样通过航空插座（11）实现与接收线圈（15）的电连接，并用于对来自接收线圈（4）的信号执行放大和滤波处理，然后传送给A/D转换单元（5）；

所述A/D转换单元（5）将来自信号处理单元（4）的模拟信号转换成数字信号送入计算处理器（6）进行后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程。

3.如权利要求2所述的磁约束脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述永磁体（7）优选采用铁氧体材料制成，所述激励线圈（14）和接收线圈（15）优选采用漆包铜线绕制而成。

4.如权利要求2或3所述的磁约束脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述底座（8）、端盖（12）、挡板（13）和把手（10）均优选采用绝缘材料制成。