CN104237379A - 电磁超声检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁超声检测系统，用于检测金属物体，包括：信号发生器；信号处理器；至少一个第一电磁超声波传感器，第一电磁超声波传感器用于发射电磁超声波信号；至少一个第二电磁超声波传感器，第二电磁超声波传感器用于接收电磁超声波信号；电磁超声检测系统还包括：第一电缆，信号发生器与第一电磁超声波传感器通过第一电缆电连接；第二电缆，第二电磁超声波传感器和信号处理器通过第二电缆电连接；其中，第一电缆为与第一电磁超声波传感器的线圈串联谐振匹配的第一同轴电缆，和/或第二电缆为与第二电磁超声波传感器的线圈串联谐振匹配的第二同轴电缆。本发明可以提高在第一同轴电缆和第二同轴电缆传输电信号的信噪比。

Description

电磁超声检测系统

技术领域

本发明涉及电磁超声检测领域，具体而言，涉及一种电磁超声检测系统。

背景技术

在工作人员使用电磁超声技术来检连铸坯凝固末端位置的过程中，由于连铸坯的被检测部位处于高温状态(约1000℃)、电磁超声波传感器尺寸小(连铸扇形段辊子间的间隙小)等因素，从而导致电磁超声检测系统的携带有连铸坯凝固末端位置信息的特征信号的信噪比低，继而限制了电磁超声检测系统检测连铸坯凝固末端位置的精度，以及限制了电磁超声检测系统能够检测连铸坯凝固末端位置的连铸坯的最大厚度(即连铸坯大于一定厚度后，检测系统因特征信号的信噪比低而不能检测该厚度的连铸坯的连铸坯凝固末端位置)。因此，连铸坯检测工作急需提高利用电磁超声技术来检连铸坯凝固末端位置电磁超声检测系统的特征信号的信噪比。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电磁超声检测系统，以解决现有技术中检连铸坯凝固末端位置电磁超声检测系统的特征信号的信噪比低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电磁超声检测系统，用于检测金属物体，包括：信号发生器；信号处理器；至少一个第一电磁超声波传感器，第一电磁超声波传感器与信号发生器电连接，第一电磁传感器用于发射电磁超声波信号；至少一个第二电磁超声波传感器，第二电磁超声波传感器和信号处理器电连接，第二电磁超声波传感器与第一电磁超声波传感器相对设置，且第二电磁超声波传感器与第一电磁超声波传感器之间具有使金属物体通过的间隙，第二电磁超声波传感器用于接收电磁超声波信号；电磁超声检测系统还包括：第一电缆，信号发生器与第一电磁超声波传感器通过第一电缆电连接；第二电缆，第二电磁超声波传感器和信号处理器通过第二电缆电连接；第一电缆为与第一电磁超声波传感器的线圈串联谐振匹配的第一同轴电缆，和/或第二电缆为与第二电磁超声波传感器的线圈串联谐振匹配的第二同轴电缆。

进一步地，第一同轴电缆包括：绝缘填充芯；导电层，导电层裹设在绝缘填充芯上；内绝缘部，内绝缘部裹设在导电层上；屏蔽层，屏蔽层裹设在绝缘部上；外绝缘部，外绝缘部裹设在屏蔽层上。

进一步地，内绝缘部包括：内绝缘带，内绝缘带裹紧在导电层上；耐压绝缘层，耐压绝缘层裹设在内绝缘带上。

进一步地，内绝缘部还包括：外绝缘带，外绝缘带裹紧在耐压绝缘层上。

进一步地，外绝缘层，外绝缘层裹紧在屏蔽层上；绝缘护套，绝缘护套裹设在外绝缘层上。

进一步地，导电层包括多层第一网状导线层，相邻的第一网状导线层之间具有第一绝缘层；屏蔽层包括多层第二网状导线层，相邻的第二网状导线层之间具有第二绝缘层。

进一步地，各第一网状导线层由多根第一编织导线编织形成，各第二网状导线层由多根第二编织导线编织形成。

进一步地，导电层包括7层第一网状导线层，屏蔽层包括5层第二网状导线层。

进一步地，第一编织导线与第二编织导线上均具有镀银层。

进一步地，第一编织导线与第二编织导线为相同细导线，细导线的直径为D，0.10mm≤D≤0.14mm。

应用本发明的技术方案，第一电磁超声波传感器、第二电磁超声波传感器与金属物体(连铸坯)之间具有一定的距离，一方面可以防止第一电磁超声波传感器和/或第二电磁超声波传感器被连铸坯撞坏，另一方面可以减少第一电磁超声波传感器和第二电磁超声波传感器接收到的从连铸坯发出的热辐射，从而延长了电磁超声波传感器的使用寿命。第一电磁超声波传感器的线圈与第一同轴电缆通过串联谐振匹配，从而提高第一电磁超声波传感器发射的电磁超声波信号的信噪比，以增强第一电磁超声波传感器发射的电磁超声波信号的质量，并使第二电磁超声波传感器接收到穿过连铸坯的电磁超声波信号后通过与第二电磁超声波传感器接收电磁超声波信号，然后传输到信号处理器中进行信号的处理分析(在本发明中，还可以使第二电磁超声波传感器内的线圈与信号处理器之间通过第二同轴电缆而形成串联谐振匹配，从而提高电信号在第二同轴电缆中的信噪比)，从而使得信号处理器接收到更高质量的电信号，继而更精确地测量得到连铸坯凝固末端的位置。应用本发明的技术方案，可以提高在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的电信号的信噪比，从而使得测量连铸坯凝固末端的电信号在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的质量更好，继而使得连铸坯末端的位置测量更加精确。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的电磁超声检测系统的实施例的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明的电磁超声检测系统的实施例的同轴电缆的横断面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

201、第一同轴电缆；         202、第二同轴电缆；

11、绝缘填充芯；            12、导电层；

13、内绝缘部；              14、屏蔽层；

15、外绝缘部；              131、内绝缘带；

132、耐压绝缘层；           133、外绝缘带；

151、外绝缘层；             152、绝缘护套；

101、连铸坯；               101a、熔融金属；

101b、内边界；              101c、金属固相；

102、第一电磁超声波传感器； 103、109、辊子；

104、信号发生器；           106、控制器；

107、计算机；               108、信号处理器；

101d、凝固末端；            110、第二电磁超声波传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图1所示，根据本发明的实施例，本发明提供了一种电磁超声检测系统，该电磁超声检测系统用于检测金属物体。该电磁超声检测系统包括信号发生器104、信号处理器108、至少一个第一电磁超声波传感器102、至少一个第二电磁超声波传感器110、第一电缆以及第二电缆202。第一电磁超声波传感器102与信号发生器104电连接，第一电磁超声波传感器102用于发射电磁超声波信号，第二电磁超声波传感器110和信号处理器108电连接，第二电磁超声波传感器110与第一电磁超声波传感器102相对设置，且第二电磁超声波传感器110与第一电磁超声波传感器102之间具有使金属物体通过的间隙，第二电磁超声波传感器110用于接收电磁超声波信号，信号发生器104与第一电磁超声波传感器102通过第一电缆电连接，第二电磁超声波传感器110和信号处理器108通过第二电缆电连接，其中，第一电缆为与第一电磁超声波传感器102的线圈串联谐振匹配的第一同轴电缆201，和/或第二电缆为与第二电磁超声波传感器110的线圈串联谐振匹配的第二同轴电缆202。

第一电磁超声波传感器、第二电磁超声波传感器与金属物体(连铸坯)之间具有一定的距离，一方面可以防止第一电磁超声波传感器和/或第二电磁超声波传感器被连铸坯撞坏，另一方面可以减少第一电磁超声波传感器和第二电磁超声波传感器接收到的从连铸坯发出的热辐射，从而延长了电磁超声波传感器的使用寿命。第一电磁超声波传感器的线圈与第一同轴电缆通过串联谐振匹配，从而提高第一电磁超声波传感器发射的电磁超声波信号的信噪比，以增强第一电磁超声波传感器发射的电磁超声波信号的质量，并使第二电磁超声波传感器接收到穿过连铸坯的电磁超声波信号后通过与第二电磁超声波传感器接收电磁超声波信号，然后传输到信号处理器中进行信号的处理分析(在本发明中，还可以使第二电磁超声波传感器内的线圈与信号处理器之间通过第二同轴电缆而形成串联谐振匹配，从而提高电信号在第二同轴电缆中的信噪比)，从而使得信号处理器接收到更高质量的电信号，继而更精确地测量得到连铸坯凝固末端的位置。应用本发明的技术方案，可以提高在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的电信号的信噪比，从而使得测量连铸坯凝固末端的电信号在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的质量更好，继而使得连铸坯末端的位置测量更加精确。

结合参见如图2所示，第一同轴电缆201包括绝缘填充芯11、导电层12、内绝缘部13、屏蔽层14和外绝缘部15。导电层12裹设在绝缘填充芯11上，内绝缘部13裹设在导电层12上，屏蔽层14裹设在内绝缘部13上，屏蔽层14与导电层12形成回路，外绝缘部15裹设在屏蔽层14上。

绝缘填充芯11填充在导电层12的中心内，由于实心导线在高频(>20Khz)高压(第一同轴电缆201上的电动势在8kV以上)情况下所形成的集肤效应十分严重，为了减轻导电层12上所受到的集肤效应的影响，在导电层12的中心部位利用绝缘填充来进行填充。这样，一方面，使得电流在导线层处于高频高压而产生集肤效应的情况下，电流全部集中在导电层12进行传输，减小了集肤效应对电流传输的阻碍，使得电信号在第一同轴电缆201和第二同轴电缆202上高质量地传输，从而实现导电层12中所传输的电信号与第一电磁超声波传感器102产生谐振，从而提高穿过连铸坯101并携带有连铸坯凝固末端位置的特征信号的信噪比，以更精确地检测出连铸坯凝固末端位置。另一方面，减小了有色金属的消耗，降低了成本。

优选地，内绝缘部13包括内绝缘带131和耐压绝缘层132。内绝缘带131裹紧在导电层12上，耐压绝缘层132裹设在内绝缘带上。

由于导电层12是包裹着绝缘填充芯11的(绝缘填充芯11对导电层12起支撑的作用，使得导电层12不会像电缆的中心塌陷，从而减小导电层12中因集肤效应产生的影响)，为了使导电层12可以将绝缘填充芯11包裹的更加紧密，因而利用内绝缘带131将导电层裹紧，从而实现导电层12与绝缘填充芯11包裹紧密的目的。

在第一同轴电缆201的导电层12与屏蔽层14之间的直流电压一般大于8kV，因而在导电层12和屏蔽层14之间设置了一层耐高压的耐压绝缘层132，该耐压绝缘层132可以承受9kV以上的高压，从而使得第一同轴电缆201在高压的环境中仍能保持很好的工作性能。

具体地，内绝缘部13还包括外绝缘带133，外绝缘带133裹紧在耐压绝缘层132上。由于绝缘填充芯11、导电层12、内绝缘带131和耐压绝缘层132两两之间均为包裹设置，它们两两之间并不采用任何连接固定的形式连接而仅仅依靠外层对内层的裹紧而保持稳定，因此，内绝缘带131对导电层12进行裹紧，而为了使耐压绝缘层132和导电层12之间也能包裹的更加紧密，本发明采用外绝缘带133对耐压绝缘层132进行裹紧。

再次结合参见如图2所示，外绝缘部15包括外绝缘层151和绝缘护套152。外绝缘层151裹紧在屏蔽层14上，绝缘护套裹设在外绝缘层151上。屏蔽层14包裹在外绝缘带133外，由于没有采用任何的连接方式将屏蔽层14与外绝缘带133连接，因而屏蔽层14会在外绝缘带133上松动。为了使屏蔽层14也能够紧密地包裹在外绝缘带133上，因而设置了外绝缘层151来对屏蔽层14进行进一步的包裹，使屏蔽层14对内里的电缆组成部分进行紧密包裹。绝缘护套152使用材质较好的材料制成，利于对第一同轴电缆201的内部进行有效的保护，并且要求绝缘护套152能够承受高温，因为对连铸坯凝固末端位置的检测环境是处于金属熔铸的高温中的。

优选地，为了能够更进一步地减小第一同轴电缆201中所产生的集肤效应对电流传输的影响，导电层12包括多层第一网状导线层，相邻的第一网状导线层之间具有第一绝缘层，屏蔽层14包括多层第二网状导线层，相邻的第二网状导线层之间具有第二绝缘层。同轴电缆在集肤效应的影响下，电流会趋向导电线芯的表层。在本发明的第一同轴电缆201中，由于电缆的导电层12和屏蔽层14总是处于9kV左右的高电压下，因而它们产生的集肤效应十分明显，为了解决这个问题，本发明将导电层12利用多层第一网状导线层组成，并在相邻的第一网状导线层进利用第一绝缘层进行绝缘，使得第一网状导线层之间产生的集肤效应在进一步被减小，从而提高同轴电缆中电信号的谐振效果，继而提高检测系统中的信噪比(屏蔽层14采用与导电层12相同的方法进行减小集肤效应的影响)。

具体的，各第一网状导线层由多根第一编织导线编织形成，各第二网状导线层由多根第二编织导线编织形成。另外，导电层12和屏蔽层14也可以是完整的一层薄片状的金属层，相邻的金属层之间同样利用绝缘材料进行绝缘。发明人经过不同数量的导电层12和屏蔽层14组合试验，并对检测结果进行比较，得到了导电层12包括7层第一网状导线层，屏蔽层14包括5层第二网状导线层组合形式，这样的线路组合形式能够得到连铸坯凝固末端位置的精确检测结果。

组成第一网状导线层的第一编织导线和组成第二网状导线层的第二编织导线都存在电阻，又由于无论构成导电层12的第一编织导线和构成屏蔽层14的第二编织导线再细小，均会收到一定程度的集肤效应的影响，为尽可能地减小第一编织导线和第二编织导线的电阻，因而第一编织导线与第二编织导线上均具有镀银层，这样可以通过增强电流的导通而减小集肤效应对信号传输的影响。

具体地，第一编织导线与第二编织导线为相同细导线，细导线的直径为D，0.10mm≤D≤0.14mm。

再次结合参照如图1所示，电磁超声检测系统在对连铸坯101凝固末端位置进行检测的时候，连铸坯101从连铸机内铸造输出，通过辊子103，109进行输送，第一电磁超声波传感器102设置在辊子103之间，第二电磁超声波传感器110设置在辊子109之间，当连铸坯101在辊子103，109之间传输经过第一电磁超声波传感器102和第二电磁超声波传感器110的时候，信号发生器104发出的电磁超声信号通过第一同轴电缆201传输至第一电磁超声波传感器102中，并由第一电磁超声波传感器102进行发射。

连铸坯101在辊子103，109上传输的时候，连铸坯101的内部熔融金属101a在不断的凝固成金属固相101c，而连铸坯101内不同部位的熔融金属101a凝固层金属固相101c的速度有快有慢，因而存在最后凝固的位置，即凝固末端101d。

由第一电磁超声波传感器102发射的电磁超声波信号线穿过与辊子103靠近的金属固相101c而到达熔融金属101a上方的内边界101b，然后电磁超声波信号穿过熔融金属101a，接着电磁超声波信号穿过靠近辊子109的金属固相101c，最后电磁超声波信号由第二电磁超声波传感器110接收，并通过第二同轴电缆202传输至信号处理器108。

携带有连铸坯101凝固末端位置的特征信号在信号处理器108中被处理。工作人员通过控制器106对计算机107进行控制，并由计算机107对经过信号处理器108处理后的携带有连铸坯101凝固末端位置的特征信号进行计算，最终得到精确的连铸坯101凝固末端位置的检测结果。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

应用本发明的技术方案，可以提高在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的电信号的信噪比，从而使得测量连铸坯凝固末端的电信号在第一同轴电缆和/或第二同轴电缆中传输的质量更好，继而使得连铸坯末端的位置测量更加精确。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种电磁超声检测系统，用于检测金属物体，包括：

信号发生器(104)；

信号处理器(108)；

至少一个第一电磁超声波传感器(102)，所述第一电磁超声波传感器(102)与所述信号发生器(104)电连接，所述第一电磁超声波传感器(102)用于发射电磁超声波信号；

至少一个第二电磁超声波传感器(110)，所述第二电磁超声波传感器(110)和所述信号处理器(108)电连接，所述第二电磁超声波传感器(110)与所述第一电磁超声波传感器(102)相对设置，且所述第二电磁超声波传感器(110)与所述第一电磁超声波传感器(102)之间具有使所述金属物体通过的间隙，所述第二电磁超声波传感器(110)用于接收所述电磁超声波信号；

其特征在于，所述电磁超声检测系统还包括：

第一电缆，所述信号发生器(104)与所述第一电磁超声波传感器(102)通过所述第一电缆电连接；

第二电缆，所述第二电磁超声波传感器(110)和所述信号处理器(108)通过所述第二电缆电连接；

其中，所述第一电缆为与所述第一电磁超声波传感器(102)的线圈串联谐振匹配的第一同轴电缆(201)，和/或所述第二电缆为与所述第二电磁超声波传感器(110)的线圈串联谐振匹配的第二同轴电缆(202)。

2.根据权利要求1所述的电磁超声检测系统，其特征在于，所述第一同轴电缆(201)包括：

绝缘填充芯(11)；

导电层(12)，所述导电层(12)裹设在所述绝缘填充芯(11)上；

内绝缘部(13)，所述内绝缘部(13)裹设在所述导电层(12)上；

屏蔽层(14)，所述屏蔽层(14)裹设在所述内绝缘部(13)上；

外绝缘部(15)，所述外绝缘部(15)裹设在所述屏蔽层(14)上。

3.根据权利要求2所述的电磁超声检测系统，其特征在于，所述内绝缘部(13)包括：

内绝缘带(131)，所述内绝缘带(131)裹紧在所述导电层(12)上；

耐压绝缘层(132)，所述耐压绝缘层(132)裹设在所述内绝缘带上。

4.根据权利要求3所述的电磁超声检测系统，其特征在于，所述内绝缘部(13)还包括：

外绝缘带(133)，所述外绝缘带(133)裹紧在所述耐压绝缘层(132)上。

5.根据权利要求2所述的电磁超声检测系统，其特征在于，所述外绝缘部(15)包括：

外绝缘层(151)，所述外绝缘层(151)裹紧在所述屏蔽层(14)上；

绝缘护套(152)，所述绝缘护套裹设在所述外绝缘层(151)上。

6.根据权利要求2所述的电磁超声检测系统，其特征在于，

所述导电层(12)包括多层第一网状导线层，相邻的所述第一网状导线层之间具有第一绝缘层；

所述屏蔽层(14)包括多层第二网状导线层，相邻的所述第二网状导线层之间具有第二绝缘层。

7.根据权利要求6所述的电磁超声检测系统，其特征在于，

各所述第一网状导线层由多根第一编织导线编织形成，各所述第二网状导线层由多根第二编织导线编织形成。

8.根据权利要求6所述的电磁超声检测系统，其特征在于，

所述导电层(12)包括7层所述第一网状导线层，所述屏蔽层(14)包括5层所述第二网状导线层。

9.根据权利要求7所述的电磁超声检测系统，其特征在于，

所述第一编织导线与所述第二编织导线上均具有镀银层。

10.根据权利要求9所述的电磁超声检测系统，其特征在于，

所述第一编织导线与所述第二编织导线为相同细导线，所述细导线的直径为D，0.10mm≤D≤0.14mm。