CN105467001A - 一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器 - Google Patents

一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器 Download PDF

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Abstract

一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器属于电磁无损检测领域。本发明包括环形永磁体、阵列式涡流传感器单元、卡线盘、圆柱壳型屏蔽层、漏磁感应线圈、支撑架、保护外壳。两个环形永磁铁套装于支撑架两端，提供轴向静磁场对被测构件进行磁化。漏磁感应线圈检测被测构件表面形成的漏磁场；屏蔽层用于在阵列式涡流传感器单元检测敏感区域形成近零磁场区，涡流传感器阵元沿被测构件环向均布，检测表面缺陷处的涡流场变化。阵列式涡流传感器单元和漏磁感应线圈的铜或铝包钢被测构件均通过安装于支撑架两侧的卡线盘引出后连接至传感器电气接口。本发明具备漏磁与涡流检测双功能，能对铝包钢绞线、铜包钢接地棒等进行全结构缺陷无损检测。

Description

一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器
技术领域
本发明为检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，属于电磁无损检测技术领域，可用于铝包钢绞线结构、铜包钢接地棒等结构的无损检测。
背景技术
高压输电线属于铝包钢绞线结构，其中芯由多股钢绞线拧制而成，周围包覆多层铝绞线；铜包钢广泛用于接地工程中，内层钢芯采用优质的低碳钢材料，而外层则用电镀或包覆工艺将高纯度铜包覆于钢芯上，其铜层厚度由实际要求的电阻或导电率决定。铝包钢绞线或铜包钢接地棒在服役过程易产生磨损、腐蚀等缺陷，要实现上述结构的无损检测，则采用的方法需同时满足对对钢或铝表层(非铁磁性)及钢芯材料(铁磁性)缺陷进行检测。
由漏磁检测基本原理知：当被磁化的铁磁性材料中如存在磨损、腐蚀等缺陷，磁场经过缺陷时磁阻增大，导致磁路畸变，部分磁通会泄露到材料表面的空气中，从而形成漏磁场，当漏磁感应线圈(如感应线圈、霍尔元件、磁阻元件)移动经过漏磁场时将输出脉冲电压信号，由此可判定有无缺陷。该方法只适用于检测铁磁性材料，无法对铜或铝包钢结构的表层材料进行检测。
由涡流检测基本原理知：当通有交变电流的线圈靠近金属材料时，由线圈产生的交变磁场将使导体感生出涡流。当导体表面或近表面出现缺陷时，将影响涡流的强度和相位，最终引起检测线圈阻抗的变化，据此可间接判定有无缺陷。受集肤效应的限制，该方法检测深度有限，无法检测铜或铝包钢结构的钢芯。
结合上述两种检测方法的原理及检测适用范围，本发明有效利用漏磁和涡流检测两种方法，可实现铜或铝包钢结构钢芯(D2≤50mm)和表层(D1-D2≤5mm)的全面检测。本发明旨在提供一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，同步解决铜或铝包钢结构的表层和钢芯的无损检测问题。
发明内容
本发明的目的在于设计一种检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，用于实现铜或铝包钢结构的无损检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，其特征在于：包括环形永磁体1、阵列式涡流传感器单元2、卡线盘3、圆柱壳型屏蔽层4、漏磁感应线圈5、支撑架6和保护外壳7，其中两个厚度方向充磁的环形永磁铁1以磁极同向方式套装于支撑架6两端，提供轴向静磁场对被测构件进行磁化；支撑架6为空心圆柱体，漏磁感应线圈5环形布置且嵌入支撑架6中间的圆周表面；阵列式涡流传感器单元在支撑架表面环形均布，阵列式涡流传感器单元、卡线盘、漏磁感应线圈、支撑架都在圆柱壳型屏蔽层内，两个卡线盘安装在支撑架两侧。
进一步，阵列式涡流传感器单元中涡流传感器单元个数6≤N≤16。
所述的传感器的应用，其特征在于：当传感器整体沿被测构件移动时，安装于支撑架上的漏磁感应线圈检测到铜或铝包钢结构中钢芯缺陷处形成的漏磁场，以提供缺陷周向与轴向位置信息，而阵列式涡流传感器单元检测铜或铝包钢结构表面铜或铝层中的缺陷并提供轴向、环向位置信息；通过观察漏磁及涡流信号，判断被测构件内层及表层中是否存在缺陷，同时实现对缺陷的定位及评估。
上述阵列式涡流传感器单元和漏磁感应线圈的铜或铝包钢被测构件均通过安装于支撑架两侧的卡线盘引出后连接至传感器电气接口。
所述的检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，其特征在于，采用了两个套装于支撑架两端的环形永磁体1，且两个环形永磁体1的磁极同向，以提供恒定方向的永久磁场对被测结构进行磁化。磁铁内侧的圆柱壳型屏蔽层4结构由高导磁材质材料制成，在圆柱壳型屏蔽层4内部形成近零磁场；为实现检测材料内部断丝或缺陷引起的漏磁场，在传感器结构上采用缠绕于支撑架的螺线管型漏磁感应线圈5。
所述的检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，其特征在于，涡流传感器单元2采用涡流感应线圈嵌套在U型铁氧体的两侧，并整体固定于支撑架上。阵列式涡流传感器单元布置于圆柱壳型屏蔽层4的内部，沿被测构件呈环形均布。当试件表面存在裂纹，材料本身的电磁特性会发生改变，同时会引起感应涡流线圈5的阻抗变化，通过分析阻抗的变化参数，可以对表面缺陷进行评估。
本发明采用以上技术方案，可以获得如下有益效果：采用一体化传感器，可实现铜或铝包钢结构表层和钢芯缺陷的同步检测，并提供缺陷周向和轴向位置，提升检测效率。
附图说明
图1传感器结构示意图
图2传感器实施漏磁检测时工作原理示意图
图3钢芯中多处缺陷漏磁扫查结果示意图
图4传感器实施涡流检测时工作原理图
图5铜包层或铝绞线中的多处缺陷涡流扫查结果示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，且以下实施例只是描述性的不是限定性的，不能以此来限定本发明的保护范围。
图1为检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器结构示意图。
图2为传感器实施漏磁检测时工作原理示意图。漏磁检测部分由环形永磁体1和漏磁感应线圈5组成，当传感器嵌套在被测构件8上时，一对同轴的环形永磁体1提供的轴向偏置磁场将对被测构件8进行磁化。若试件中铁磁性材质的钢芯或钢绞线存在缺陷，缺陷处产生的漏磁场将外漏至试件表面，漏磁感应线圈5扫查经过时将检测到漏磁场，并以感应电动势输出。若试件内部不存在缺陷，轴向偏置磁场在内部的分布如图2虚线所示，即材料表面无漏磁场，漏磁感应线圈5扫查经过时无感应电动势输出。
图3为钢芯中多处缺陷漏磁扫查结果示意图，被测构件为外径18mm的高压输电线，其中内层钢芯外径8mm，被测构件总长度为300mm。在距离左端面L1、L2、L3处内层钢芯表面分别存在一处周向槽型缺陷，槽长5mm，宽2mm，深1mm。当传感器沿图3所示扫查方向对构件进行检测时，经过上述位置，漏磁感应线圈5将输出脉冲电压信号。
图4为传感器实施涡流检测时工作原理图，涡流传感器单元2由涡流线圈和U型铁氧体组成。6个涡流传感器单元2沿周向均匀分布，安装于支撑架6上。各涡流传感器单元2可独立工作，沿其扫查路径进行缺陷检测。但各涡流传感器单元2的检测范围有限，对于图4所示多处位置不同的缺陷，可综合6个涡流传感器单元2的检测结果对全部缺陷进行周向和轴向定位。
图5为铜包层或铝绞线中的多处缺陷涡流扫查结果示意图。被测构件为外径18mm的高压输电线，被测构件总长度为300mm。在距离左端面L1、L2、L3、L4、L5处外层铝绞线表面分别存在一处周向槽型缺陷，槽长3mm，宽1mm，深1mm。当传感器扫查经过图4所示L1位置时，通道1处涡流传感器单元2的阻抗产生明显变化，其他通道无明显变化；当传感器扫查经过图4所示L2位置时，通道2处涡流传感器单元2的阻抗产生明显变化，其他通道无明显变化。依次类推，当传感器经过图4所示L3、L4和L5位置时，各通道涡流传感器单元2的阻抗变化曲线见图5。依据图5中阻抗突变对应的扫查位置及通道位置，可以大致判定出缺陷的轴向和周向位置。

Claims (3)

1.检测铜或铝包钢轴类结构的漏磁涡流一体化阵列传感器，其特征在于：包括环形永磁体、阵列式涡流传感器单元、卡线盘、圆柱壳型屏蔽层、漏磁感应线圈、支撑架和保护外壳，其中两个厚度方向充磁的环形永磁铁以磁极同向方式套装于支撑架两端，提供轴向静磁场对被测构件进行磁化；支撑架为空心圆柱体，漏磁感应线圈环形布置且嵌入支撑架中间的圆周表面；阵列式涡流传感器单元在支撑架表面环形均布，阵列式涡流传感器单元、卡线盘、漏磁感应线圈、支撑架都在圆柱壳型屏蔽层内，两个卡线盘安装在支撑架两侧。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：阵列式涡流传感器单元中涡流传感器单元个数6≤N≤16。
3.根据权利要求1所述的传感器的应用，其特征在于：当传感器整体沿被测构件移动时，安装于支撑架上的漏磁感应线圈检测到铜或铝包钢结构中钢芯缺陷处形成的漏磁场，以提供缺陷周向与轴向位置信息，而阵列式涡流传感器单元检测铜或铝包钢结构表面铜或铝层中的缺陷并提供轴向、环向位置信息；通过观察漏磁及涡流信号，判断被测构件内层及表层中是否存在缺陷，同时实现对缺陷的定位及评估。
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