CN105044201A - 一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法，马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，整体上为具有一个下凹的圆弧面的马鞍式结构，所述的下凹的圆弧面用于与圆管或圆柱形待测部件的圆弧形外壁相适配；马鞍形开放式涡流检测装置包括外壳和设置在外壳内的1个激励线圈和4个检测线圈；4个检测线圈两两一组分为2组，并分置于激励线圈的两侧；1个激励线圈和4个检测线圈分别绕装在5个线圈铁芯上。该马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法能用于两端封闭的热面管的弯头部位的涡流检测，操作方便，实用性强。

Description

一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法

技术领域

本发明属于无损探伤技术领域，涉及一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法。

背景技术

电厂锅炉用无缝钢管主要用来制造水冷壁管、过热汽管、再热汽管、省煤器管等重要的电力生产设备，为了保障电力生产的安全稳定运行，需要对电力设备进行有计划的检测和维修，受检测环境和检测条件的限制，通常采用较方便的涡流检测法对锅炉钢管进行无损检测。

涡流检测适用于金属导体材料表面和近表面缺陷的无损检测，在检测实践中应用广泛。涡流探头是涡流无损检测系统的关键组成部分，对检测系统性能具有决定性的影响作用。检测线圈通常有穿过式、探头式和插入式等三种，插入式线圈适用于管件或管道的内壁检测；探头式线圈适用于对试件进行局部探测；穿过式线圈通常用于对金属管棒材表面或近表面上的缺陷进行无损检测。但采用穿过式线圈检测方式进行无损探伤时，线圈覆盖的是管、棒或线材上一段长度的圆周，获得的信息是整个圆环上影响因素的累积结果，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定，此外，在某些特殊应用场合，如针对火电厂锅炉用小管径钢管(外径＜100mm)的检测，由于钢管安装紧密，检测空间狭小，穿过式线圈法很难完成检测作业。

中国专利“基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法(申请号：200810055891.5，公开号，CN101216460A)”涉及了一种钢管内外部缺陷检测技术，能实现钢管内外壁缺陷的区分识别，但该方法是将传感器置于管壁内侧进行涡流检测，不适用于两端封闭的在役锅炉受热面管的无损检测。中国专利“一种受热面管检测用涡流探头(申请号：201220205052.9，公开号，CN202583124U)”涉及一种能够对电站锅炉受热面管进行穿过式涡流检测的涡流探头，由两个半圆圈架及环形排架内壁上的排线带构成，可以套入封闭的受热面管进行检测，但该方法仅能对布置间隙较大的直管段进行检测，无法实现弯头的涡流探伤，而锅炉受热面管的弯头通常是应力集中部位，同时，在高温烟气和水蒸气的作用下，也是发生氧化和腐蚀最严重的部位，属于重点检测部位。

因此，有必要设计一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法，该马鞍形开放式涡流检测装置及涡流探测方法能用于两端封闭的热面管的弯头部位的涡流检测，操作方便，实用性强。

发明的技术解决方案如下：

一种马鞍形开放式涡流检测装置，整体上为具有一个下凹的圆弧面的马鞍式结构，所述的下凹的圆弧面用于与圆管或圆柱形待测部件的圆弧形外壁相适配；

马鞍形开放式涡流检测装置包括外壳和设置在外壳内的1个激励线圈和4个检测线圈；4个检测线圈两两一组分为2组，并分置于激励线圈的两侧；1个激励线圈和4个检测线圈分别绕装在5个线圈铁芯上。

外壳内具有平行的三条凹槽，凹槽的延伸方向(即长度方向，也称为纵向)与圆弧面的轴线垂直；中间的凹槽用于防止激励线圈，两侧的凹槽分别用于放置2组检测线圈。

两组检测线圈对称分布在激励线圈两侧，每组检测线圈中的2个检测线圈采用差动式连接方式。

测试时，激励线圈接信号发生器的输出端，激励线圈上加载频率范围为10KHz～500KHz的振荡信号。

线圈铁芯由多片0.2～0.5mm厚的硅钢片叠置而成，硅钢片的顶部为与所述圆弧面适配的内凹的弧形；硅钢片的两侧具有用于绕线的缺口。

检测线圈的输出端依次接有放大电路、相敏检波电路和整流滤波电路。

一种涡流探测方法，采用前述的马鞍形开放式涡流检测装置；

对待检测的管体进行探测时，将马鞍形开放式涡流检测装置置于待检测的管体上，马鞍形开放式涡流检测装置的圆弧面贴近管体的外壁；

将频率范围为10KHz～500KHz的振荡信号加载在激励线圈上；

检测线圈输出探测信号。

检测线圈的输出信号依次经放大电路、相敏检波电路和整流滤波电路处理后进入控制模块。

马鞍形开放式涡流检测装置还包括与控制模块相连的显示模块，显示模块为双屏、双通道显示模块。

检测时，将探头沿着管体移动，移动过程中收集反馈信号，实现对直管或弯管的表面缺陷探测。

马鞍形开放式涡流检测装置俗称探头，包括激励线圈、检测线圈、硅钢片铁芯以及探头塑封外壳，具有较小的体积、较高的检测准确度和灵敏度。

线圈包括一组激励线圈和两组检测线圈，具有检测范围大和检测灵敏度高的特点。

铁芯采用0.2～0.5mm厚的硅钢片叠制，硅钢片前端呈弧面，能有效增大激励线圈所产生的激励磁场，提高检测灵敏度。

哇靠为塑封外壳，全表面进行塑封，能有效保护线圈，提高探头的可靠性，同时，极大程度地减少了工作现场油污对探头的损害，提高了探头的使用寿命。

两组检测线圈呈对称分布在激励线圈两侧，均为差动式连接方式，双线圈能有效提高检测的准确度。

控制及显示模块，用于数据处理和显示，可以采用笔记本电脑，具有双屏双通道显示界面，分别用于显示两组差动式检测线圈的检测反馈信号，可实现信号频率、波形相位角、信号增益等参数的调节，并能对检测结果进行计算和存储。

基于该探头的检测系统包括控制及显示模块、信号处理模块和涡流检测探头，其中信号处理模块包括信号发生器、放大电路、相敏检波电路以及整流滤波电路。信号发生器产生高频振荡信号传输给涡流探头中的激励线圈，将磁场加载至检测对象，再由涡流探头中的两组差动式连接的检测线圈对检测对象的反馈信号进行采集，信号处理模块对涡流探头反馈的信号进行放大、检波和滤波处理，数据通过RS232接口输出给控制及显示模块，对检测结果进行双屏显示、计算和储存。本发明具有较高的检测准确度、灵敏度和较强的抗干扰能力，体积小、操作方便，能适用于电厂受热面管弯头部位的表面和近表面缺陷检测。

相敏检波电路的主要功能：(1)抑制干扰信号；(2)判别信号相位和频率。有半波相敏检波器和全波相敏检波器，本专利采用的是一种数字式全波相敏检波电路，电路原理图如图8所示，相敏检波为当前成熟技术。

图中，u_r(t)为参考信号，经整形电路后的输出的u₁(t)是与被测信号u_s(t)同频、同相的方波。此方波信号控制场效应管3DJ16从而控制电子开关的动作，决定场效应管漏极信号u₃(t)。差放A2对信号u₃和u_s进行合成，得到输出信号U₀.

如图10-11，硅钢片的顶部为与所述圆弧面适配的内凹的弧形；硅钢片的两侧具有用于绕线的缺口，激励线圈对应的铁芯的硅钢片尺寸为：宽度24mm(即底边长度)，缺口的深度为2mm，缺口宽度为9mm，底部到弧线最低处为14mm，顶部具有半径为0.5mm的倒角。

探测线圈对应的铁芯的硅钢片尺寸为：宽度15mm(即底边长度)，缺口的深度为2mm，缺口宽度为8mm，底部到弧线最低处为13mm，顶部具有半径为0.5mm的倒角。

有益效果：

本发明的马鞍形开放式涡流检测装置，两组涡流探头的两组检测线圈呈对称分布在激励线圈两侧，均为差动式连接方式，双线圈双通道能有效提高检测的准确度。

所述的检测探头为马鞍形开放式涡流探头，由一组激励线圈和两组差动式连接的检测线圈组成，两组检测线圈呈对称分布在激励线圈两侧，检测范围覆盖整个探头圆弧面。

所述的线圈均包含铁芯，线圈铁芯采用0.2～0.5mm厚的硅钢片叠制，硅钢片前端呈弧面，能有效增大激励磁场。

通过信号发生器能为涡流探头激励线圈提供高频振荡信号，频率范围可达10KHz～500KHz，产生的高频振荡信号传输到涡流探头中的激励线圈，由激励线圈将磁场加载至检测对象，再由涡流探头中的两组检测线圈对检测对象的反馈信号进行采集。

所述的信号处理模块能对涡流探头反馈的信号进行放大、检波和滤波处理，其中相敏检波电路能有效地减低缺陷处的漏磁对检测结果的影响。

所述的控制及显示模块分别用于显示两组差动式检测线圈的检测反馈信号，可实现信号频率、波形相位角、信号增益等参数的调节，并能对检测结果进行计算和存储。

本发明具有较高的检测准确度、灵敏度和较强的抗干扰能力，体积小、操作方便，能适用于电厂锅炉受热面管的表面和近表面缺陷检测。

附图说明

图1为基于探头的涡流检测系统的控制原理框图；

图2为基于探头的涡流检测系统的探测流程图；

图3为本发明的涡流检测探头线圈分布三维图；

图4为本发明的涡流检测探头线圈分布俯视图；

图5为本发明的激励线圈绕线方式示意图；

图6为本发明的差动式检测线圈绕线方式示意图；

图7为本发明的现场应用实施方式示意图；

图8为相敏检波电路原理图；

图9为工件及实测阻抗波形图图。

图9(a)为工件存在缺陷时的阻抗波形图；

图9(b)为在阻抗波形图捕捉曲线的端点的界面图；

图9(c)为工件不存在缺陷时的阻抗波形图。

图10为本发明的激励线圈硅钢片铁芯结构图；

图11为本发明的检测线圈硅钢片铁芯结构图；

标号说明：3-探头，301-激励线圈，302-检测线圈，302-1-第一组检测线圈，302-2-第二组检测线。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

参见图1至图11所示，马鞍形开放式涡流检测装置包括一组激励线圈301和两组差动式连接的检测线圈302，两组检测线圈(302-1、302-2)呈对称分布在激励线圈301两侧，检测范围覆盖整个探头圆弧面。

所有的线圈均包含铁芯，铁芯采用0.2～0.5mm厚的硅钢片叠制，硅钢片上端为弧形，能有效增大激励线圈产生的激励磁场。

基于马鞍形开放式涡流检测装置(即涡流检测探头)的涡流检测系统包括控制及显示模块、信号处理模块和涡流检测探头3，其中信号处理模块包括信号发生器、放大电路、相敏检波电路以及整流滤波电路组成。

所述的信号发生器能为涡流探头激励线圈301提供高频振荡信号，频率范围可达10KHz～500KHz，产生的高频振荡信号传输到涡流探头中的激励线圈301，由激励线圈将磁场加载至检测对象，再由涡流探头中的两组检测线圈302对检测对象的反馈信号进行采集。

然后，信号处理模块对涡流探头反馈的信号进行放大、检波和滤波以及必要的A/D转换处理，其中相敏检波电路203能有效地减低缺陷处的漏磁对检测结果的影响，通过RS232接口输出给控制及显示模块。

控制及显示模块由笔记本电脑及后台运行程序组成，具有双屏双通道显示界面，分别用于显示两组差动式检测线圈302的检测反馈信号，可实现信号频率、波形相位角、信号增益等参数的调节，并能对检测结果进行计算和存储。

图7为本发明的现场应用实施方式示意图，针对小管径锅炉受热面管的弯头进行涡流检测，图中检测探头3紧贴受热面管的内弯头，从A位置匀速滑移至B位置，完成对受热面管内弯头的涡流检测；紧贴受热面管的外弯头，从A’位置匀速滑移至B’位置，完成对受热面管外弯头的涡流检测。

针对图7，为消除歧义，作以下说明：检测时始终是一个探头，用探头可以检测A到B之间内弯头，也可以用探头检测A’到B’之间外弯头，体现了探头现场应用时的灵活性和方便性，同时，探头所检测的也仅仅是管子单侧管壁上的缺陷，并不是整个管子一周的缺陷。

探头线圈检测到的阻抗信号，通过放大电路和相敏检波电路，然后经过滤波和数模转换，传输到计算机软件平台，显示如图9(a)所示的近似8字形阻抗波形图，然后通过软件内置的后台运算程序，捕捉曲线的端点进行相位和幅值的计算，如图9(b)。

说明：图9(a)和(b)中间较短的小8字不是缺陷波形，为探头在无缺陷表面时，由于工件表面的不平整及其它干扰信号经过处理后的噪音信号，工件无缺陷时的波形如图9(c)所示。

Claims (10)

1.一种马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，整体上为具有一个下凹的圆弧面的马鞍式结构，所述的下凹的圆弧面用于与圆管或圆柱形待测部件的圆弧形外壁相适配；

马鞍形开放式涡流检测装置包括外壳和设置在外壳内的1个激励线圈和4个检测线圈；4个检测线圈两两一组分为2组，并分置于激励线圈的两侧；1个激励线圈和4个检测线圈分别绕装在5个线圈铁芯上。

2.根据权利要求1所述的马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，外壳内具有平行的三条凹槽，凹槽的延伸方向与圆弧面的轴线垂直；中间的凹槽用于防止激励线圈，两侧的凹槽分别用于放置2组检测线圈。

3.根据权利要求1所述的马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，两组检测线圈对称分布在激励线圈两侧，每组检测线圈中的2个检测线圈采用差动式连接方式。

4.根据权利要求1所述的马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，测试时，激励线圈接信号发生器的输出端，激励线圈上加载频率范围为10KHz～500KHz的振荡信号。

5.根据权利要求1所述的马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，线圈铁芯由多片0.2～0.5mm厚的硅钢片叠置而成，硅钢片的顶部为与所述圆弧面适配的内凹的弧形；硅钢片的两侧具有用于绕线的缺口。

6.根据权利要求1-5任一项所述的马鞍形开放式涡流检测装置，其特征在于，检测线圈的输出端依次接有放大电路、相敏检波电路和整流滤波电路。

7.一种涡流探测方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的马鞍形开放式涡流检测装置；

对待检测的管体进行探测时，将马鞍形开放式涡流检测装置置于待检测的管体上，马鞍形开放式涡流检测装置的圆弧面贴近管体的外壁；

将频率范围为10KHz～500KHz的振荡信号加载在激励线圈上；

检测线圈输出探测信号。

8.根据权利要求7所述的涡流探测方法，其特征在于，检测线圈的输出信号依次经放大电路、相敏检波电路和整流滤波电路处理后进入控制模块。

9.根据权利要求8所述的涡流探测方法，其特征在于，马鞍形开放式涡流检测装置还包括与控制模块相连的显示模块，显示模块为双屏、双通道显示模块。

10.根据权利要求8或9所述的涡流探测方法，其特征在于，检测时，将探头沿着管体移动，移动过程中收集反馈信号，实现对直管或弯管的表面缺陷探测。