CN104849345B - 一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，第一导向杆、第二导向杆和调节杆使脉冲涡流探头始终与横梁相切且轴线重合，计算机系统通过电缆连接信号激励模块，控制信号激励模块产生激励信号驱动探头产生激励磁场在横梁中扩散，同时探头接收激励磁场在横梁中扩散产生的二次磁场再将其转换成电信号再通过信号处理模块和采集卡后输入计算机系统，从而得到横梁中的缺陷信息；本装置可使脉冲涡流探头始终与横梁相切，且轴线相互重合，保证提离始终保持不变，从根本上消除了提离变化对信号的影响，显著提高检测精度，同时调节两个导向杆使本装置适用于各种规格的横梁，为实现大型矿用振动筛横梁疲劳裂纹的自动化检测奠定基础。

Description

一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置

技术领域

本发明涉及一种电磁无损检测装置，具体是一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置。

背景技术

煤炭是我国国民经济的主要能源之一，随着开采的不断深入，出现了混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增大、水分增高等问题，这就使原煤质量越来越差，导致运能浪费和环境污染等一系列不良后果。

原煤洗选是解决上述问题的重要措施，而振动筛是筛分工艺的关键设备，煤炭需求量的日益增加和煤炭质量要求的提高，加大了振动筛的需求量，并要求振动筛的处理能力不断提高，同时对其可靠性的要求也越来越严苛。然而高负荷的振动筛工作一段时间后，往往在主要受力部件的横梁中易出现疲劳断裂、筛体过度变形、焊缝开裂等故障，往往导致非计划性停产，造成巨大的经济损失。

目前疲劳裂纹检测方法主要有超声法、金属磁记忆法以及常规涡流法：

超声法需要耦合剂，需对材料表面进行预处理，超声法不适合实时监测，同时对横梁表面的二次处理可能会对横梁造成二次伤害；金属磁记忆法利用金属的磁记忆效应来检测部件集中应力部位的方法，这种方法适用于早期的缺陷诊断，但由于检测机理不明确、理论体系不完善，无法准确地定量识别缺陷，不适用振动筛横梁的疲劳裂纹检测；常规涡流法成本低、速度快，但当用于带包覆层的振动筛横梁疲劳裂纹检测时，由于包覆层的存在，使得探头提离很大，进而导致信号质量变差，检测精度较差。

脉冲涡流是一项新型的涡流检测方法，与常规涡流不同：脉冲涡流的激励信号使用方波代替正弦波，从而得到的探头信号频谱宽、信息量大，特别适用于带有包覆层的大壁厚对象。同时脉冲涡流无需拆除包覆层，可适用于高温检测，操作简单方便，因此受到人们的广泛重视。

在振动筛疲劳裂纹的脉冲涡流检测过程中，因抖动等因素引起探头与横梁之间的提离距离发生变化，改变探头信号，从而影响疲劳裂纹的检测精度，甚至产生错误的检测结果，因此消除探头与横梁之间的提离变化对检测结果的影响是脉冲涡流检测装置不可或缺的关键技术之一。

现有的脉冲涡流检测装置往往通过采取差分处理、采用基于模型的缺陷反演算法等复杂的信号处理手段，导致单次检测时间变长，无法满足工程检测的实时性和自动化的要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，能够有效解决检测过程中因抖动等改变探头提离距离、导致降低检测精度的问题，从而提高信号灵敏度，进一步实现矿用振动筛横梁疲劳裂纹检测的实时性和自动化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，

它包括第一导向杆、第二导向杆、安装在调节杆端部的脉冲涡流探头；所述的第一导向杆、第二导向杆和调节杆使本装置在沿着横梁移动或转动时脉冲涡流探头始终与横梁相切且轴线重合，然后计算机系统通过电缆连接信号激励模块，控制信号激励电路产生激励信号驱动脉冲涡流探头产生激励磁场在横梁中扩散，同时脉冲涡流探头接收激励磁场在横梁中扩散产生的二次磁场再将其转换成电信号并通过信号处理和采集卡后输入计算机系统。

所述的第一导向杆包括依次连接的调节旋钮一、齿轮轴一和挡板一；所述的调节旋钮一和齿轮轴一通过键和螺栓连接，所述挡板一和齿轮轴一通过齿轮连接；

其中，调节旋钮一上标有调节示数，挡板一的上下面均和横梁相切；

所述的第一导向杆中的齿轮轴一与第一固定套筒通过齿轮连接，第一固定套筒同时连至调节套筒，通过转动调节旋钮一并观看其示数即可调整挡板的位置从而保证横梁与脉冲涡流探头的轴线重合。

所述的第二导向杆包括依次连接调节旋钮二、齿轮轴二和挡板二；所述的调节旋钮二和齿轮轴二通过键和螺栓连接、挡板二和齿轮轴二通过齿轮连接；

其中，调节旋钮二上标有调节示数，挡板二的上下面均和横梁相切；

所述的第二导向杆中的齿轮轴二与第二固定套筒通过齿轮连接，第二固定套筒同时连至调节套筒，通过转动调节旋钮二并观看其示数可调整挡板二的位置从而保证横梁与脉冲涡流探头的轴线重合。

所述的调节杆由调节旋钮三和齿轮轴三组成；所述的调节旋钮三与齿轮轴三通过键和螺栓连接；

所述的调节杆的齿轮轴三与调节套筒通过齿轮连接，转动调节旋钮三可调整脉冲涡流探头与横梁的位置。

所述的脉冲涡流探头包括盖板、壳体、线圈、检测元件、磁环和航空接头；

所述的磁环和线圈位于壳体的中间底部，检测元件为两个，分布在磁环的上下两端，盖板的中心轴线与横梁的轴线重合；

其中，脉冲涡流探头的盖板通过螺栓和壳体连接，以固定脉冲涡流探头的主体部分，盖板上方有两个航空接头分别连接外围的信号激励模块和信号处理模块同时盖板上有标注航空接头的类型与接法；

所述盖板与调节杆通过螺柱连接，以固定脉冲涡流探头。

所述的壳体与线圈之间的间隙通过胶水进行固定。

所述的信号激励模块以IR2104为核心；IR2104第1引脚接+15V电源输入，第2脚接来自计算机系统的方波信号，第3脚接+5V的高电平，第4脚接地，第5脚接电阻R2，再接MOS管Q1的栅极，第6脚接MOS管Q1的源级、MOS管Q2的漏极和线圈的正极，第7脚通过电阻R1接MOS管Q1的栅极，第8脚通过二极管D1负极接+15V电源同时通过电容C1和第六脚相连。

所述的信号处理模块采用放大电路和差分处理。

所述的放大电路以AD8021为核心，AD8021第1脚悬空，第2脚通过电阻R2接位于磁环上端检测元件输出的信号，第3脚通过电阻R3接位于磁环下端检测元件输出的信号，第4脚接-5V电源，第5脚接地，第6脚通过电阻R4接AD8138的输入端同时通过电阻R1接第2脚，第7脚接+15V电源，第8脚悬空。

所述的差分处理以芯片AD8138为核心，第1脚通过电阻R7接地，第2脚接地，第3脚接+5V电源，第4脚通过电阻R6接第4脚，第5脚通过电阻R5接第8脚，第6脚接-5V电源，第7脚悬空，第8脚接信号输入。

与现有的脉冲涡流检测方法相比，本发明设置第一导向杆、第二导向杆和调节杆，通过三者之间的调整，使安装在调节杆上的脉冲涡流探头始终与横梁相切，且轴线相互重合，这大大消除了探头在检测过程中因抖动而降低检测精度，提高了信号灵敏度；

同时利用第一导向杆、第二导向杆配合使横梁相对脉冲涡流探头的位置不会发生变化，使得本发明能够沿着横梁移动或者旋转从而实现自动化检测。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的第一导向杆剖视图；

图3为本发明的第二导向杆剖视图；

图4为本发明的调节杆剖视图；

图5为本发明的脉冲涡流探头的剖视图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明的信号激励模块图；

图8为本发明的信号处理模块图。

图中:1、第一导向杆，2、第二导向杆，3、调节杆，4、脉冲涡流探头，5、第一固定套筒，6、调节套筒，7、计算机系统，8、信号激励模块，9、信号处理模块，10、采集卡，11、第二固定套筒，1-1、调节旋钮一，1-2、齿轮轴一，1-3、挡板一，2-1、调节旋钮二，2-2、齿轮轴二，2-3、挡板二，3-1、调节旋钮三，3-2、轮轴三，4-1、盖板，4-2、壳体，4-3、线圈，4-4、检测元件，4-5，磁环，4-6、航空接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，它包括第一导向杆1、第二导向杆2、安装在调节杆3端部的脉冲涡流探头4；所述的第一导向杆1、第二导向杆2和调节杆3使本装置在沿着横梁移动或转动时脉冲涡流探头4与横梁相切且轴线重合，并使其位置不变，然后计算机系统7通过电缆连接信号激励模块8，控制信号激励电路8产生激励信号驱动脉冲涡流探头4产生激励磁场在横梁中扩散，同时脉冲涡流探头4接收激励磁场在横梁中扩散产生的二次磁场再将其转换成电信号并通过信号处理模块9和采集卡10后输入计算机系统7，通过计算机系统7处理后得到横梁中的缺陷信息。

如图2所示，第一导向杆1包括依次连接的调节旋钮一1-1、齿轮轴一1-2和挡板一1-3；所述的调节旋钮一1-1和齿轮轴一1-2通过键和螺栓连接，所述挡板一1-3和齿轮轴一1-2通过齿轮连接；

其中，调节旋钮一1-1上标有调节示数，挡板一1-3的上下面均和横梁相切；

所述的第一导向杆1中的齿轮轴一1-2与第一固定套筒5通过齿轮连接，第一固定套筒5同时连至调节套筒6，通过转动调节旋钮一1-1并观看其示数即可调整挡板一1-3的位置，从而保证横梁与脉冲涡流探头4的轴线重合。

如图3所示，所述的第二导向杆2包括依次连接调节旋钮二2-1、齿轮轴二2-2和挡板二2-3；所述的调节旋钮二2-1和齿轮轴二2-2通过键和螺栓连接、挡板二2-3和齿轮轴二2-2通过齿轮连接；

其中，调节旋钮二2-1上标有调节示数，挡板二2-3的上下面均和横梁相切；

所述的第二导向杆2中的齿轮轴二2-2与第二固定套筒11通过齿轮连接，第二固定套筒11同时连接调节套筒6，通过转动调节旋钮二2-1并观看其示数即可调整挡板二2-3的位置，从而保证横梁与脉冲涡流探头4的轴线重合。

在脉冲涡流探头4连线之前，通过调整第一导向杆1和第二导向杆2来确保脉冲涡流探头4与横梁始终轴线重合；可适用于直径从50mm-130mm的各种规格的振动筛横梁，为实现大型矿用振动筛横梁疲劳裂纹的自动化检测奠定基础。

如图4所示，所述的调节杆3由调节旋钮三3-1和齿轮轴三3-2组成；所述的调节旋钮三3-1与齿轮轴三3-2通过键和螺栓连接；

所述的调节杆5的齿轮轴三3-2与调节套筒6通过齿轮连接，转动调节旋钮三3-1可调整脉冲涡流探头4与横梁的位置，使脉冲涡流探头4始终与横梁相切，保证提离始终保持不变，从根本上消除了提离变化对信号的影响，可显著提高检测精度。

如图5和图6所示，所述的脉冲涡流探头4包括盖板4-1、壳体4-2、线圈4-3、检测元件4-4、磁环4-5和航空接头4-6；

所述的磁环4-5和线圈4-3位于壳体4-2的中间底部，检测元件4-4为两个，分布在磁环4-5的上下两端，盖板4-1的中心轴线与横梁的轴线重合；

其中，脉冲涡流探头4的盖板4-1通过螺栓和壳体4-2连接，以固定脉冲涡流探头4的主体部分，盖板4-1上方有两个航空接头4-6分别连接外围的信号激励模块8和信号处理模块9同时盖板4-1上有标注航空接头4-6的类型与接法；盖板4-1与调节杆3实用螺柱连接，用于固定这个脉冲涡流探头4并可通过调节调节杆3上的调节旋钮三3-1控制脉冲涡流探头4的高度，保证本装置在沿着横梁移动或转动时脉冲涡流探头4与横梁相切且轴线重合。

为防脉冲涡流探头4内部的结构在沿横梁移动或旋转时发生变化。所述的壳体4-2与线圈4-3之间的间隙通过胶水进行固定。

如图7所示，所述的信号激励模块8用于提高计算机系统7输出的方波信号的带负载能力，以IR2104为核心；IR2104第1引脚接+15V电源输入，第2脚接来自计算机系统7的方波信号，第3脚接+5V的高电平，第4脚接地，第5脚接电阻R2，再接MOS管Q1的栅极，第6脚接MOS管Q1的源级、MOS管Q2的漏极和线圈4-3的正极，第7脚通过电阻R1接MOS管Q1的栅极，第8脚通过二极管D1负极接+15V电源同时通过电容C1和第六脚相连。

如图8所示，所述的信号处理模块9采用放大电路和差分处理。

所述的放大电路用于放大脉冲涡流探头4接收的信号，以AD8021为核心，AD8021第1脚悬空，第2脚通过电阻R2接位于磁环4-5上端检测元件4-4输出的信号，第3脚通过电阻R3接位于磁环4-5下端检测元件4-4输出的信号，第4脚接-5V电源，第5脚接地，第6脚通过电阻R4接AD8138的输入端同时通过电阻R1接第2脚，第7脚接+15V电源，第8脚悬空。

所述的差分处理将信号进行单端至差分输出处理以消除共模噪音，以芯片AD8138为核心，第1脚通过电阻R7接地，第2脚接地，第3脚接+5V电源，第4脚通过电阻R6接第4脚，第5脚通过电阻R5接第8脚，第6脚接-5V电源，第7脚悬空，第8脚接信号输入。

综上所述，本发明设置第一导向杆1、第二导向杆2和调节杆3，通过三者之间的调整，使安装在调节杆3上的脉冲涡流探头4始终与横梁相切，且轴线相互重合，这大大消除了脉冲涡流探头4在检测过程中因抖动而降低检测精度，提高了信号灵敏度；

同时利用第一导向杆1、第二导向杆2配合使横梁相对脉冲涡流探头4的位置不会发生变化，使得本发明能够沿着横梁移动或者旋转从而实现自动化检测。

Claims (10)

1.一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，

它包括第一导向杆（1）、第二导向杆（2）、安装在调节杆（3）端部的脉冲涡流探头（4）；所述第一导向杆（1）、第二导向杆（2）和调节杆（3）使本装置在沿着横梁移动或转动时脉冲涡流探头（4）始终与横梁相切且轴线重合，然后计算机系统（7）通过电缆连接信号激励模块（8），控制信号激励模块（8）产生激励信号驱动脉冲涡流探头（4）产生激励磁场在横梁中扩散，同时脉冲涡流探头（4）接收激励磁场在横梁中扩散产生的二次磁场再将其转换成电信号并通过信号处理模块（9）和采集卡（10）后输入计算机系统（7）。

2.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的第一导向杆(1)包括依次连接的调节旋钮一（1-1）、齿轮轴一（1-2）和挡板一（1-3）；所述的调节旋钮一（1-1）和齿轮轴一（1-2）通过键和螺栓连接，所述挡板一（1-3）和齿轮轴一（1-2）通过齿轮连接；

其中，调节旋钮一（1-1）上标有调节示数，挡板一（1-3）的上下面均和横梁相切；

所述的第一导向杆（1）中的齿轮轴一（1-2）与第一固定套筒（5）通过齿轮连接，第一固定套筒（5）同时连至调节套筒（6），通过转动调节旋钮一（1-1）并观看其示数即可调整挡板一（1-3）的位置。

3.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的第二导向杆(2)包括依次连接调节旋钮二（2-1）、齿轮轴二（2-2）和挡板二（2-3）；所述的调节旋钮二（2-1）和齿轮轴二（2-2）通过键和螺栓连接、挡板二（2-3）和齿轮轴二（2-2）通过齿轮连接；

其中，调节旋钮二（2-1）上标有调节示数，挡板二（2-3）的上下面均和横梁相切；

所述的第二导向杆（2）中的齿轮轴二（2-2）与第二固定套筒（11）通过齿轮连接，第二固定套筒（11）同时连接调节套筒（6），通过转动调节旋钮二（2-1）并观看其示数即可调整挡板二（2-3）的位置。

4.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的调节杆（3）由调节旋钮三（3-1）和齿轮轴三（3-2）组成；所述的调节旋钮三（3-1）与齿轮轴三（3-2）通过键和螺栓连接；

所述的调节杆（3）的齿轮轴三（3-2）与调节套筒（6）通过齿轮连接，转动调节旋钮三（3-1）可调整脉冲涡流探头（4）与横梁的位置。

5.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的脉冲涡流探头（4）包括盖板（4-1）、壳体（4-2）、线圈（4-3）、检测元件（4-4）、磁环（4-5）和航空接头（4-6）；

所述的磁环（4-5）和线圈（4-3）位于壳体（4-2）的中间底部，检测元件（4-4）为两个，分布在磁环（4-5）的上下两端，盖板（4-1）的中心轴线与横梁的轴线重合；

其中，脉冲涡流探头（4）的盖板（4-1）通过螺栓和壳体（4-2）连接，以固定脉冲涡流探头（4）的主体部分，盖板（4-1）上方有两个航空接头（4-6）分别连接外围的信号激励模块（8）和信号处理模块（9）同时盖板（4-1）上有标注航空接头（4-6）的类型与接法；

所述盖板（4-1）与调节杆（3）通过螺柱连接，以固定脉冲涡流探头（4）。

6.根据权利要求5所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的壳体（4-2）与线圈（4-3）之间的间隙通过胶水进行固定。

7.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的信号激励模块（8）以IR2104为核心；IR2104第1引脚接+15V电源输入，第2脚接来自计算机系统（7）的方波信号，第3脚接+5V的高电平，第4脚接地，第5脚接电阻R2，再接MOS管Q1的栅极，第6脚接MOS管Q1的源级、MOS管Q2的漏极和线圈（4-3）的正极，第7脚通过电阻R1接MOS管Q1的栅极，第8脚通过二极管D1负极接+15V电源同时通过电容C1和第六脚相连。

8.根据权利要求1所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的信号处理模块（9）采用放大电路和差分处理。

9.根据权利要求8所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的放大电路以AD8021为核心，AD8021第1脚悬空，第2脚通过电阻R2接位于磁环（4-5）上端检测元件(4-4)输出的信号，第3脚通过电阻R3接位于磁环（4-5）下端检测元件(4-4)输出的信号，第4脚接-5V电源，第5脚接地，第6脚通过电阻R4接AD8138的输入端同时通过电阻R1接第2脚，第7脚接+15V电源，第8脚悬空。

10.根据权利要求8所述的一种矿用振动筛横梁疲劳裂纹的脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述的差分处理以芯片AD8138为核心，第1脚通过电阻R7接地，第2脚接地，第3脚接+5V电源，第4脚通过电阻R6接第4脚，第5脚通过电阻R5接第8脚，第6脚接-5V电源，第7脚悬空，第8脚接信号输入。