CN104330462B - 一种用于漏磁检测的双励磁单元 - Google Patents

Abstract

本发明适用于磁探伤技术领域，提供了一种用于漏磁检测的双励磁单元，包括均为U形结构的主励磁单元(1)和次励磁单元(2)，U形主励磁单元(1)和次励磁单元(2)在一个平面内并且开口方向相同，开口方向垂直于待测样品(4)的平面；主励磁单元(1)为待测样品(4)提供直流励磁磁场，次励磁单元(2)位于主励磁单元(1)的U形结构内，对待测样品(4)进行漏磁检测时，根据次励磁单元(2)位置的不同对应的测量的磁场的变化情况确定次励磁单元(2)的放置位置和缺陷(5)的位置，次励磁单元(2)为待测样品(4)的缺陷(5)位置处提供一个局域的附加励磁磁场，通过分离主励磁单元和次励磁单元，进行局域的磁场叠加，降低了整体饱和磁化磁场的需求，满足对比较厚的待测样品进行饱和磁化的要求。

Description

一种用于漏磁检测的双励磁单元

技术领域

本发明属于磁探伤技术领域，尤其涉及一种用于漏磁检测的双励磁单元。

背景技术

漏磁检测技术，通过检测待测样品的漏磁来检测待测样品。当缺陷存在时，缺陷本身的磁导率μ和周围样品的磁导率不同，这种待测样品中局部的磁导率的不均匀性，也就是导磁能力的不均匀性，引起了待测样品的局域漏磁。为实现缺陷引起的漏磁的最大化，通常要求待测样品的饱和磁化。当待测样品饱和磁化时，缺陷引起的漏磁就更明显，其缺陷的磁导率的差异就更显著。

文献中偶见双励磁单元或者多励磁单元技术。但是，这些文献中要解决的问题和本发明不同，因而其多励磁单元的布局也不同。为了检测待测样品中横向和纵向的缺陷，一种常见的布局是两套励磁单元和磁敏器件成90度布置。在检测时，可能存在的横向或者纵向缺陷特别是裂纹，先后经过纵向和横向的磁场检测，而更明显的被检测出来。这种布局利用了两个或者多个励磁单元，实际上是两套或多套独立的检测系统，成90度布置。虽然这样的布置能一次性检测横向和纵向的缺陷，但是，待测样品沿一个方向的饱和磁化依然是个问题，特别是待测样品比较厚大的时候。

另外一种具有磁场叠加效果的技术方案，是在直流性的铁磁励磁单元的基础上，在两个磁极加上交流电磁线圈。这样的方案，在总体效果上，相当于直流加交流，两个励磁场的叠加，同时作用于两个磁极之间的待测样品。这个方案要解决的是探测深度的问题，因而在励磁单元中引入交流成分，利用交流磁场随频率的趋肤效应(skin effect)，达到可以调控检测深度的目的。随之而来的问题是，励磁单元中交流成分的频率和总体励磁单元的大小尺寸的矛盾。励磁单元比较大，或者说需要的磁场比较大的情况下，交流磁场的频率就不能很高。

综上，现有技术中缺少一种对厚大型待测样品进行漏磁检测的方法或装置。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于漏磁检测的双励磁单元，以解决现有技术缺少对厚大型待测样品进行漏磁检测的方法或装置的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种用于漏磁检测的双励磁单元，包括：均为U形结构的主励磁单元(1)和次励磁单元(2)，所述U形主励磁单元(1)和所述次励磁单元(2)在一个平面内并且开口方向相同，所述开口方向垂直于所述待测样品(4)的平面；

所述主励磁单元(1)为所述待测样品(4)提供直流励磁磁场，所述次励磁单元(2)位于所述主励磁单元(1)的U形结构内，所述对待测样品(4)进行漏磁检测时，根据所述次励磁单元(2)位置的不同对应的测量的磁场的变化情况确定所述次励磁单元(2)的放置位置和所述缺陷(5)的位置，所述次励磁单元(2)为所述待测样品(4)的所述缺陷(5)位置处提供一个局域的附加励磁磁场。

本发明实施例提供的一种用于漏磁检测的双励磁单元的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种用于漏磁检测的双励磁单元，分离了主励磁单元和次励磁单元，主励磁单元为待测样品提供直流励磁磁场，次励磁单元为待测样品提供一个特定的局域的附加励磁磁场，进行局域的磁场叠加，降低了整体饱和磁化磁场的需求，满足对比较厚的待测样品进行饱和磁化的要求，同时降低了励磁单元的大小，并且通过实际测量得到的数据结构证实其效果，因此特别适用于高铁、地铁等钢轨、石油管道以及重型装备的在线无损检测的漏磁检测仪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于漏磁检测的双励磁单元的结构示意图；

图2所示为本发明实施例提供的励磁单元在提升19mm时的磁场分布示意图；

图3所示为本发明实施例提供的励磁单元在提升1mm时的磁场分布示意图；

图4是本发明实施例提供的用于漏磁检测的双励磁单元中的水平和垂直测量路径示意图；

图5是本发明实施例提供的A点在不同的次励磁单元的提升高度的情况下对应的不同的磁通密度示意图；

图6是本发明实施例提供的B和C点在不同的次励磁单元的提升高度的情况下对应的不同的磁通密度示意图；

图7是本发明实施例提供的沿水平测量路径上各点测量到的总磁场、X分量和Y分量随次励磁单元的高度提升的变化示意图；

1为主励磁单元，2为次励磁单元，3为磁罩，4为待测样品，5为缺陷。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示为本发明提供的一种用于漏磁检测的双励磁单元的结构示意图，所述双励磁单元包括均为U形结构的主励磁单元1和次励磁单元2，该U形主励磁单元1和次励磁单元2在一个平面内并且开口方向相同，该开口方向垂直于待测样品4的平面。

主励磁单元1为待测样品4提供直流励磁磁场，次励磁单元2位于主励磁单元1的U形结构内，对待测样品4进行漏磁检测时，根据次励磁单元2位置的不同对应的测量的磁场的变化情况确定次励磁单元2的放置位置和缺陷5的位置，次励磁单元2为待测样品4的缺陷5位置处提供一个局域的附加励磁磁场。

本发明实施例提供的一种用于漏磁检测的双励磁单元，分离了主励磁单元和次励磁单元，主励磁单元为待测样品提供直流励磁磁场，次励磁单元为待测样品提供一个特定的局域的附加励磁磁场，进行局域的磁场叠加，降低了整体饱和磁化磁场的需求，满足对比较厚的待测样品进行饱和磁化的要求，同时降低了励磁单元的大小，因此特别适用于高铁、地铁等钢轨、石油管道以及重型装备的在线无损检测的漏磁检测仪。

实施例一

本发明提供的实施例一为本发明提供的一种漏磁检测的双励磁单元的测试实施例一。

将次励磁单元2从待测样品4表面提升19mm后，次励磁单元2与待测样品4的在如此距离下，相当于次励磁单元2对待测样品4影响不明显，缺陷5周围的磁场因为缺陷5的存在不再均匀分布，因而在待测样品4的表面产生漏磁，如图2所示为本发明实施例提供的励磁单元在提升19mm时的磁场分布示意图，由图2可以看出，此时测量的缺陷5的上下方的主要磁场范围是816.667×10^-3～933.334×10^-3特斯拉，这种情况相当于没有次励磁单元2的情况，在待测样品4比较大的情况下，待测样品4本身可能还没有达到饱和磁化，因为其漏磁信号没有达到最大化。

将次励磁单元2从待测样品4表面提升1mm后，次励磁单元2与待测样品4的在该距离下，相当于次励磁单元2完全作用于对待测样品4，如图3所示为本发明实施例提供的励磁单元在提升1mm时的磁场分布示意图，由图3可以看出，测量的缺陷5的上下方的主要磁场范围是933.334×10^-3～1.050特斯拉，缺陷5周围局域磁场明显提高，待测样品4进一步局域磁化直至局域饱和磁化，其进一步局域磁化的区域，明显和次励磁单元2对应。

实施例二

本发明提供的实施例一为本发明提供的一种漏磁检测的双励磁单元的测试实施例二。

为了更明确的说明这种因为次励磁单元2来的局域磁化作用，图4标明了水平测量路径和垂直测量路径。其中水平测量路径在待测样品4里面，平行并且接近表面，用来说明沿待测样品4表面，其磁化磁场随次励磁单元2的提升的变化。垂直测量路径贯穿待测样品4，其中A点在待测样品4的表面以上1mm高处，B点在待测样品4的表面以下1mm深处，C点在表面以下13mm深处，缺陷5之下。

图5和图6分别为图4中A以及B和C三个点在不同的次励磁单元2的提升高度的情况下对应的不同的磁通密度，由图5和图6可以看出，A、B和C三个点一个共同的趋势是：当次励磁单元2提升高度增大时，其磁通密度减小，这一趋势和图4观察结果一致。

其中根据图5可知，因为A点在待测样品4之外，因此实际上，A点的磁通密度为其漏磁密度。在没有进一步优化的情况下，可以看出，当次励磁单元2的提升从19mm减小到1mm时，其磁通密度从4.6E-4特斯拉，增加到5.7E-4特斯拉，增大了24.2％。这种信号的增大，明显有利于漏磁信号的检测。

根据图6可知，B和C点都在待测样品4之内，所以其磁通密度比较大。在B点，当次励磁单元2的提升从19mm减小到1mm时，其磁通密度从0.85特斯拉，增加到0.95特斯拉，增大了11.7％。C点因为在待测样品4深处，所以其整体磁通(或磁场)要比A点磁通小，但是同样的，在次励磁单元2接近待测样品4时，其磁通从0.71特斯拉增加到0.79特斯拉，增幅为11.2％。

B点和C点由于次励磁单元2的接近，其局域磁场同样增大，并且其增幅基本相同。这说明次励磁单元2对待测样品4的局域磁化作用，和主励磁单元1一样，可以均匀的传播到待测样品深处中去。在采用高频交流电磁铁作为次励磁单元2的情况下，由于叠加的交变磁场的趋肤效应，这种随频率变化的趋肤深度，提供了扫描待测样品4深度方向的功能。

如图7所示为本发明实施例提供的沿水平测量路径上各点测量到的总磁场以及X分量，Y分量随次励磁单元的高度提升的变化，由图7可以看出，在不同的次励磁单元2的提升高度的情况下，可以明显的看到其磁场大小的不同。为了明确显示这种不同，图7中只画出了最小提升1mm和最大提升19mm情况下的计算结果。从图7可以明显的看出，在提升高度为1mm时，也就是次励磁单元2最强作用于待测样品4时，在待测样品4中对应次励磁单元2的区间，总磁场有了增强。同时其总的磁场在中间位置有一个峰，对应缺陷的位置。明显这个峰是由缺陷的较小磁导率引起的。在最小提升1mm的情况下，在峰的位置，同样可以看到磁场因为次励磁单元2而增强。这种情况充分的显示了次励磁单元2的磁场叠加效果。同时，从Y分量的磁场来看，这种增强刚好是从次励磁单元2的两极传输进待测样品4的。

本实施例中的水平测量路线平行待测样品4的表面，在总磁场曲线上，对应次励磁单元2两极的外侧，看到总磁场有所降低。通过X分量和Y分量的曲线可以看出，这种总磁场的降低来源于X分量的降低。更进一步的原因，这种X分量的磁场降低，是由于次励磁单元2叠加磁场对主励磁单元1产生的磁场向待测样品1-4深度方向的推动作用。

实施例三

本发明提供的实施例三为本发明提供的一种用于漏磁检测的双励磁单元的实施例。

在本发明实施例中，主励磁单元1为永磁铁，次励磁单元2为永磁铁或电磁铁，次励磁单元2采用电磁铁时，利用其尺寸小的优势，产生高频交流励磁磁场。可以在两个励磁单元中组合使用电磁铁和永磁铁，便于得到更多的缺陷维度信息。

优选的，本发明提供的一种双励磁单元还包括磁罩3，磁罩3位于U形次励磁单元2的U形结构内，置于待测样品4的表面。

该磁罩3用来屏蔽杂散磁场(stray field)，同时起到聚磁器(fluxconcentrator)的作用，同时放大X方向和Y方向的漏磁信号。

具体的，次励磁单元2位于主励磁单元1中间。在实际中，不一定要求其在中间位置，双励磁单元的尺寸的一个优选实施例为：

主励磁单元1高度：60mm；

主励磁单元1长度：120mm；

主励磁单元1厚度：60mm；

次励磁单元2高度：15mm；

次励磁单元2长度：24mm；

次励磁单元2厚度：20mm。

具体实施例中的尺寸、角度和相对位置具有说明和参考意义，同时不限制本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于漏磁检测的双励磁单元，其特征在于，所述双励磁单元包括均为U形结构的主励磁单元(1)和次励磁单元(2)，所述主励磁单元(1)和所述次励磁单元(2)在一个平面内并且开口方向相同，所述开口方向垂直于待测样品(4)的平面；

所述主励磁单元(1)为待测样品(4)提供直流励磁磁场，所述次励磁单元(2)位于所述主励磁单元(1)的U形结构内，对所述待测样品(4)进行漏磁检测时，根据所述次励磁单元(2)位置的不同对应的测量的磁场的变化情况确定所述次励磁单元(2)的放置位置和缺陷(5)的位置，所述次励磁单元(2)为待测样品(4)的缺陷(5)位置处提供一个局域的附加励磁磁场。

2.如权利要求1所述的双励磁单元，其特征在于，所述主励磁单元(1)为永磁铁，所述次励磁单元(2)为永磁铁或电磁铁。

3.如权利要求1所述的双励磁单元，其特征在于，所述主励磁单元(1)和所述次励磁单元(2)组合使用电磁铁和永磁铁。

4.如权利要求1所述的双励磁单元，其特征在于，所述双励磁单元还包括磁罩(3)，所述磁罩(3)位于所述次励磁单元(2)的U形结构内，置于所述待测样品(4)的表面。

5.如权利要求1所述的双励磁单元，其特征在于，

所述主励磁单元(1)高度：60mm；长度：120mm；厚度：60mm；

所述次励磁单元(2)高度：15mm；长度：24mm；厚度：20mm。