CN104165924A

CN104165924A - 十字结构旋转涡流传感器

Info

Publication number: CN104165924A
Application number: CN201410328275.8A
Authority: CN
Inventors: 张卫民; 陈国龙; 秦峰; 果艳
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2014-11-26

Abstract

本发明涉及一种用于检测分布方向未知的裂纹缺陷的新型涡流传感器结构装置。由于实际工程结构中裂纹分布位置和走向均为未知，而大多数在用涡流传感器都存在检测敏感方向，如果实际裂纹走向没有位于检测敏感方向上，则有可能产生漏检，给工程结构的实际应用带来隐患。本专利提出了一种十字结构涡流传感器，有望较好解决这一问题。该传感器采用十字交叉的导线作为激磁部分，其上分别通以相位相差90度的正弦电流，则两电流激发的磁场就合成为一个幅值不变，方向均匀改变－即均匀旋转的磁化场，从而在被测试件上感应出均匀旋转的涡流场。该涡流场遇到任何方位的裂纹，均会产生畸变，从而在检测线圈或元件中感受到裂纹信息。

Description

十字结构旋转涡流传感器

技术领域

本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及一种为检测任意方向裂纹设计制作的新型涡流传感器结构，可用于金属材料的缺陷涡流检测技术中，为实际工程结构的缺陷检测，提供一种新型传感器方案。

背景技术

金属材料的疲劳裂纹等缺陷，是影响设备寿命和安全的重要因素，对承力构件的缺陷进行无损检测，是现代机械制造的一项重要内容。由于实际结构的缺陷，其位置和方向是无法预知的。利用传统涡流传感器进行检测时，由于存在检测灵敏度差异，当裂纹处于检测非敏感方向时，容易产生漏检。

本发明提出了一种磁化方向均匀变化的新型涡流传感器结构，该传感器采用十字交叉的导线，通过在其上分别通以相角相差90度的正弦电流，实现均匀旋转的磁化场，从而保证检测时沿各个方向都产生一致的检测灵敏度，使沿各个方向分布的裂纹缺陷均能被检测出来，最大程度降低漏检率。

本发明的目的在于为检测金属材料裂纹状缺陷提供一种新型的涡流传感器原理性装置。

发明内容

本发明中传感器结构由四层PCB电路板制成，靠近试件的第一、二、三层为检测线圈，圈数各为10，检测线圈之间通过电路板设置的过孔串联，旨在不显著增大传感器体积的基础上，有效增加检测线圈圈数，提高检测灵敏度，第四层为十字结构的电磁激励层，旨在产生激励电磁场。

传感器的信号处理电路由下列环节组成：首先由信号发生芯片产生一个频率为1～10MHz的正弦交流信号，该正弦信号分成两路：一路保持原有状态，另一路通过移相器产生相移90度的正弦信号。两路信号通过功率放大器分别驱动传感器上十字交叉的导线，从而在试件中感应出一个幅值恒定、磁化方向均匀旋转的涡流场。试件中含有缺陷信息的涡流信号被检测线圈接收，经过放大器和相敏检波器后，滤除干扰信号，则可以提取出裂纹状缺陷信息。

有益效果：

本发明设计了一种可产生旋转涡流场的新型涡流传感器检测装置，用于检测试件中走向随机分布的裂纹缺陷。该传感器由多层PCB印刷电路板制成，制作方便，价格低廉。利用该发明，既可以制成实际检测装置，应用于实际工程检测中；也可以制成原理性装置，用于科研研究实验中。本专利为金属零件的裂纹扩展在位检测、为金属缺陷无损检测的实验研究提供了一种新型涡流传感器。

附图说明

图1：四层电路板结构，

图中：1－十字交叉激励层，2、3、4－信号检测层。

图2：传感器实物图，

图中：5－四层电路板，6—传感器壳体，7－接线插头。

图3：传感器电路实物图

图中：(a)激磁部分，(b)检测部分。

图4：含缺陷试件图，图中从左至右5个缺陷尺寸均为(宽×长×深)2mm×10mm×3mm，与试件长度方向的夹角分别为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°。

图5：电磁激励仿真图，图中可清晰看出，在十字交叉导线中通以相差为90°的正弦交流电，在裂纹缺陷附近引起涡流场畸变。

图6：检测结果图，图中可以看出在裂纹缺陷位置处，信号幅值发生变化，当提取包络线并放大后，这种变化更加明显。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例中选用铝基合金板，在上面用电火花蚀刻方式加工出尺寸为(宽×长×深)2mm×10mm×3mm的裂纹状缺陷，与试件长度方向的夹角分别为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，这样设置缺陷的目的是考查传感器对不同方向缺陷的检出能力。

将传感器沿试件长度方向移动，在缺陷位置可观测到信号幅值发生突变，如图6，将信号通过低通滤波器等进一步处理，即可清晰提取出缺陷信号。

本实施例仅为一种材料的试件进行了检测。本发明可以对多种导电材料进行检测，且传感器的线圈圈数、线径等可以调整。

Claims

1.一种十字结构旋转涡流传感器装置，其特征在于：该传感器分为激励和接收两部分，激励部分采用十字交叉型导线组成，检测部分采用圆形平面阿基米德螺线线圈绕制，激励部分通以正交时谐激励电流，检测线圈感受裂纹涡流畸变信号，从而发现裂纹。

2.根据权利1要求的旋转涡流激励场，由下述方法产生：在十字交叉型导线中分别通以大小、频率相同、相位相差90°的正弦激励电流矢量信号，则两信号会合成一个幅值恒定，方向匀速改变的磁化矢量场。即两十字交叉导线中如果分别通以电流为：

式中，f为激励电流频率，φ₀为初始相位，I₀为幅值，

试件上的感应电磁场可以看作两导线的感应电磁场的叠加，因此，试件表面的感应电流幅值和相位为

| I | = \sqrt{I_{x}^{2} + I_{y}^{2}} = I_{0}

由上式可知，试件上产生的感应电流大小保持不变，方向随时间发生周期性匀速旋转，由麦克斯维方程易知，试件中的感应磁场也是大小基本恒定，方向随时间近似均匀旋转的类匀强场。

3.根据权利1要求的十字结构旋转涡流传感器装置，其具体组成为四层电路板结构，靠近试件的第一、二、三层为检测线圈，圈数各为10，检测线圈之间通过电路板设置的过孔串联，旨在不显著增大传感器体积的基础上，有效增加检测线圈圈数，提高检测灵敏度，第四层为十字结构的电磁激励层，旨在产生激励电磁场。