CN104502442B - 一种具有磁罩的漏磁检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明适用于磁探伤领域，提供一种具有磁罩的漏磁检测仪，包括励磁单元、设置在所述励磁单元内部的磁敏元件，在所述磁敏元件正上方还设有帽形磁罩，所述磁罩由高磁导率的软磁材料制成。本发明所述磁罩，可以屏蔽励磁单元的杂散磁场、降低巴克豪森噪声、增大缺陷的特征漏磁磁场，包括平行方向和垂直方向的缺陷特征漏磁磁场，并可对缺陷的尺寸进行筛选和归类。配套使用高灵敏磁敏元件或者磁敏阵列，可以提高现有的漏磁检测水平和检测速度，特别适用于高铁地铁铁轨、管道、板材、轮船、储罐以及大型装备等的检测。

Description

一种具有磁罩的漏磁检测仪

技术领域

本发明属于磁探伤技术领域，尤其涉及一种具有磁罩的漏磁检测仪，特别适用于高铁地铁铁轨、管道、板材、轮船、储罐以及大型装备等的在线无损检测。

背景技术

现有的铁轨损伤检测，包括高铁铁轨、地铁铁轨的损伤检测，主要采用超声波检测技术。这个技术的原理在于利用超声波在缺陷表面的反射，通过反射时间以及声速等可以间接推算缺陷的位置，通过反射波形可以间接推测缺陷大小。这种技术的不足之处在于对微小缺陷的不灵敏，以及对缺陷大小、形状和位置的间接测量。

漏磁检测技术，作为一种新兴的无损检测技术，得到越来越多的应用。其基本原理，在于通过探测待测样品中的缺陷的磁导率不均匀引起的漏磁磁场，从而直接得到缺陷的大小以及位置信息。因为磁场是一种非侵入非破坏手段，所以，漏磁检测是一种无损检测。同时，漏磁检测可用于在役检测。其中，一个现有的成熟应用是石油、天然气管道的在役无损检测。但是，对于铁轨无损检测方面的应用研究，目前还是比较缺乏。

一般的漏磁检测仪器，使用的励磁单元为永磁铁或电磁铁。无论哪一种磁铁，其杂散磁场(stray field)所引起的磁敏元件的噪声都是一个不容忽视的问题。对于小缺陷，特别是在样品深处的小缺陷，其特征漏磁磁场在很小的范围，一般在0.001T左右。这么小的特性漏磁，很容易被杂散磁场所掩盖。另外一个噪声来源于励磁单元，以及被磁化中的待测样品的巴克豪森效应(Barkhausen effect)。在实际中，这种效应对磁敏元件产生另外一个无规则的磁场噪声影响。这两种噪声，特别不利于对待测样品中的微小缺陷的检测。降低这两种噪声，提高磁敏元件的输出信号的信噪比，有利于漏磁检测的推广使用。

现有技术中，可以通过增大待测样品中的缺陷特征漏磁信号来提高缺陷检测水平。待测样品在励磁单元的磁化作用下，接近饱和磁化，在没有外加器件的情况下，此时漏磁已经达到最大化。同时在待测样品的外侧，放置一个平板形软磁材料来吸引漏磁，则软磁材料会对漏磁产生一个吸引作用，这个吸引作用增大缺陷引起的漏磁。但是目前这种技术方案没有考虑到耗散磁场的屏蔽要求。同时还存在一个问题，由于大块平板形软磁材料的吸引作用，漏磁在沿待测样品表面垂直路径会增大，但是，在沿待测样品表面平行路径，却有待进一步提高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种具有磁罩的漏磁检测仪，旨在解决采用平板形软磁材料来吸引漏磁以增大漏磁信号效果不佳的技术问题。

本发明采用如下技术方案：

一种具有磁罩的漏磁检测仪，包括励磁单元、设置在所述励磁单元内部的磁敏元件，在所述磁敏元件正上方还设有帽形磁罩，所述磁罩由高磁导率的软磁材料制成。

进一步的，所述磁罩由高磁导率的坡莫合金制成。

进一步的，所述磁罩包括罩沿、罩顶以及连接所述罩沿罩顶的罩壁，所述罩沿与待测样品间具有一定的气隙距离。

进一步的，所述罩沿、罩壁、罩顶一体成型，且各部件连接部分圆滑过渡。

进一步的，所述漏磁检测仪还包括用于固定所述磁罩的安装支架，所述安装支架由非磁材料制成。

进一步的，所述磁罩正上方还安装有振动源，所述振动源用于带动磁帽上下周期性振动。

进一步的，所述磁敏元件为单个元件，或者为多个元件组成的磁敏阵列。

本发明的有益效果是：本发明通过在磁敏元件顶部设置帽形磁罩，利用磁罩的屏蔽作用，沿平行路径和垂直路径，样品缺陷的特征漏磁场都得以增大，利用多个磁敏元件组成磁敏阵列，通过判断漏磁磁场的平行和垂直分量的大小以及梯度，可以快速确定缺陷的位置、大小以及深浅。经验证，通过设置帽形磁罩，首先，可以降低励磁单元(包括永磁铁或者电磁铁)的杂散磁场，减少对磁敏元件的电磁干扰；其次，可以压制励磁单元以及待测样品中的巴克豪森效应所引起的信号跳变噪声；第三，可以增大磁敏元件的信号磁场，特别是沿样品表面平行路径的信号磁场。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有磁罩的漏磁检测仪的结构图；

图2是不同气隙厚度的磁场分布图；

图3是气隙中的磁场分布图；

图4是沿垂直路径B的磁场分量曲线图；

图5是沿垂直路径C的磁场分量曲线图；

图6是沿水平路径A的磁场分量曲线图。

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的详细说明。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。

图1示出了本发明实施例提供的具有磁罩的漏磁检测仪的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的漏磁检测仪包括励磁单元1、设置在所述励磁单元内部的磁敏元件2，在所述磁敏元件2正上方还设有帽形磁罩3，所述磁罩由高磁导率的软磁材料制成，比如采用坡莫合金制成。所述磁敏元件为单个元件，或者为多个元件组成的磁敏阵列。作为一种具体结构，所述磁罩包括罩沿31、罩顶32以及连接所述罩沿罩顶的罩壁33，所述罩沿与待测样品4间具有一定的气隙距离。在实际中，所述罩沿、罩壁、罩顶一体成型制造，进一步提高磁罩整体的导磁能力，且边角部分圆滑过渡，有利于减少磁场的发散，进一步减小杂散磁场对磁敏元件的干扰。

在具体设计磁罩时，有7个关键尺寸，分别为罩顶、罩壁、罩沿的宽度和高度，以及罩壁的倾斜角度，可以通过实际数据来优化调整。针对潜在的已知尺寸范围的缺陷41，可以配套采用上述磁罩的7个关键尺寸，特别是罩顶的宽度，达到针对放大的作用。配套使用不同尺寸的磁罩，可以对缺陷进行分类。作为一种关键尺寸实例列举：所述罩顶宽度为10～30毫米；所述罩顶高度为3～9毫米；所述罩沿宽度为4～12毫米；所述罩沿高度为3～9毫米；所述罩壁宽度为3～9毫米；所述罩壁宽度为8～24毫米；所述罩壁角度为60～120度，优选90度。需要说明的是，上述尺寸以及尺寸比例关系为磁罩大小的一种实例列举，本发明包括但不限于此，上述尺寸大小不对本发明进行限制，其它类似尺寸大小包括在本发明的保护之内。

励磁单元会对磁敏元件带来杂散磁场干扰，图1中励磁单元上的箭头表示计算中采用的励磁磁场方向。一方面，杂散磁场对磁敏元件的信号干扰，磁敏元件不能分辨磁场来源，因而产生信号误判；另一方面，杂散磁场对缺陷特征漏磁产生压制作用，使得从缺陷41散发出来的特征漏磁磁场变小。为了解决此问题，本实施例在磁敏元件顶部设置帽形磁罩，从励磁单元出来的杂散磁场从磁罩中通过，并返回励磁单元，没有影响磁罩下面的磁敏元件，因此，磁罩可以起到一个屏蔽杂散磁场的作用，在磁罩保护下，磁敏元件免受励磁单元杂散磁场的影响。

为方便定性说明，定义两个磁场计算路径方向：平行路径和垂直路径，平行路径为平行待测样品表面方向，垂直路径为垂直待测样品表面方向，如图中所示的平行路径A和垂直路径B、C。磁罩对沿垂直路径B和垂直路径C的缺陷特征漏磁具有放大作用。在垂直待测样品表面方向，因为磁敏元件上方的罩顶以及罩沿的软磁特性，可以吸引从缺陷中出来的垂直方向的漏磁磁场，即从缺陷中散发出来的漏磁磁场得到增大，因此磁罩可以起到放大缺陷特征漏磁信号的作用。这个现象可以从图2中看出。使用时，将漏磁检测仪放在待测样品表面，并且使得磁罩的罩沿与样品表面存在一定的气隙距离。图2示出了磁场在待测样品、气隙以及磁罩中的分布情况。图2-1到2-6显示不同的气隙厚度的影响，其气隙厚度分别为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。箭头表示磁场方向。对比图2-1和2-6，可以看到，磁罩离待测样品越近，也就是气隙越薄，对缺陷漏磁的吸引作用越大。实际使用时，要平衡漏磁和保留在待测样品中的磁通比例关系。另外，图3示出了磁罩和待测样品之间气隙的漏磁磁场分布，也就是磁敏元件所测量的漏磁磁场分布。此时，气隙厚度为5毫米。

另外，罩壁对于缺陷漏磁磁场平行分量也有类似的放大作用。从图2和图3中可以看出，虽然这一放大作用受待测样品和磁罩间气隙的影响，但是罩壁实际上起到一个对平行漏磁磁场的聚磁作用。图4、图5和图6显示了沿不同路径，特别是沿待测样品表面平行路径A，磁场X分量以及Y分量的变化。从中可以看出，在3种不同的气隙厚度(3mm、5mm、8mm)的情况下，X分量都有明显的信号变化。磁罩的这种放大缺陷特征漏磁信号的作用，有助于磁敏元件对微小缺陷，以及样品深处的缺陷的高灵敏度检测。图4示出了沿垂直路径B的磁场分量。X表示平行待测样品表面方向的磁场分量大小，Y表示垂直方向的磁场分量大小。纵坐标为磁场大小，单位为特斯拉，横坐标为离待测样品的垂直距离，单位为米。图5示出了沿垂直路径C的磁场分量。X表示平行方向的磁场分量大小，Y表示垂直方向的磁场分量大小。纵坐标为磁场大小，单位为特斯拉，横坐标为离待测样品的垂直距离，单位为米。图6示出了沿平行路径A的磁场分量。X表示平行方向的磁场分量大小，Y表示垂直方向的磁场分量大小，flux表示总的磁场大小。纵坐标为磁场大小，单位为特斯拉，横坐标为离平行路径起点的水平距离，单位为米。

因此，根据上述分析以及结合附图可知，由于磁罩的屏蔽作用，沿平行路径A和垂直路径B、C，缺陷的特征漏磁磁场都得到增大。利用多个(例如4个)磁敏元件组成的磁敏阵列，通过判断漏磁磁场的平行和垂直分量的大小以及梯度，可以快速的确定缺陷的位置、大小以及深浅。

进一步作为一种优选实施方式，所述漏磁检测仪还包括用于固定所述磁罩的安装支架(图中未示出)，所述安装支架由非磁材料制成，如采用铜来制造。在实际测量中，还可以给磁罩一个上下周期振幅，即使得气隙厚度周期性变化，形成对漏磁的不同的放大作用，这种放大作用可用于判断缺陷的深度、大小信息。为此，优选的，在所述磁罩正上方还安装有振动源(图中未示出)，所述振动源用于带动磁帽上下周期性振动。振动源安装在磁罩上面，可有效避免振动源的电磁干扰。

综上，采用本发明所述磁罩，可以明显屏蔽励磁单元的杂散磁场、降低巴克豪森噪声、增大缺陷的平行和垂直特征漏磁磁场、以及对缺陷尺寸的选择作用。配套使用高灵敏磁敏元件或者磁敏阵列，可以提高现有的漏磁检测水平和检测速度，特别适用于高铁地铁铁轨、管道、板材、轮船、储罐以及大型装备等的检测，最终取代超声波检测技术。

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 (6)

1.一种具有磁罩的漏磁检测仪，包括励磁单元、设置在所述励磁单元内部的磁敏元件，其特征在于，在所述磁敏元件正上方还设有帽形磁罩，所述磁罩由高磁导率的软磁材料制成，所述磁罩包括罩沿、罩顶以及连接所述罩沿和罩顶的罩壁，所述罩沿与待测样品间具有一定的气隙距离。

2.如权利要求1所述具有磁罩的漏磁检测仪，其特征在于，所述磁罩由高磁导率的坡莫合金制成。

3.如权利要求2所述具有磁罩的漏磁检测仪，其特征在于，所述罩沿、罩壁和罩顶一体成型，且各部件连接部分圆滑过渡。

4.如权利要求3所述具有磁罩的漏磁检测仪，其特征在于，所述漏磁检测仪还包括用于固定所述磁罩的安装支架，所述安装支架由非磁材料制成。

5.如权利要求4所述具有磁罩的漏磁检测仪，其特征在于，所述磁罩正上方还安装有振动源，所述振动源用于带动磁帽上下周期性振动。

6.如权利要求1-5任一项所述具有磁罩的漏磁检测仪，其特征在于，所述磁敏元件为单个元件，或者为多个元件组成的磁敏阵列。