CN105527337A - 一种磁悬液浓度的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种磁悬液浓度测量装置及其测量方法，利用磁悬液中磁粉的导磁性，通过电感线圈测量磁悬液浓度，所述装置包括依次连接的信号检测单元、信号处理单元、信号计算单元及报警单元，所述测量方法通过该装置实现，首先，在磁悬液投入使用前，根据工艺要求标定浓度值，并将标定值下发至计算机，其次，在磁悬液实时使用过程中，通过电路实现对当前磁悬液浓度的实时检测，并传输至计算机，计算机通过比较标定浓度值与实际检测值作出浓度判别，为控制磁悬液浓度，提升探伤效果提供精确数据指示。本发明的一种磁悬液浓度测量装置及其测量方法，能够快速响应浓度的变化，并将浓度变化值实时检测出来，根据本发明能够准确地控制磁悬液浓度，提高探伤灵敏度。

Description

一种磁悬液浓度的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于磁粉探伤领域，具体涉及一种磁悬液浓度的测量装置及其测量方法。

背景技术

磁粉探伤是无损检测的主要技术之一。磁悬液的浓度是影响湿法磁粉探伤效果的重要因素，磁悬液浓度过高或过低都会对探伤质量造成很大的影响。

传统的磁悬液浓度测量方法是采用测量磁粉容积的梨形沉淀管法。该方法存在测量时间长、不能及时反馈等缺点，同时，由于零件上的污物(如沙土和氧化物等)带入磁悬液中，使测量结果不准确。

专利申请号为103063554，名称为“一种基于透光度的磁悬液浓度快速定性测量方法”，其技术方案为先配制2份磁悬液，浓度分别为浓度上限及浓度下限，将实际浓度的磁悬液放在玻璃器皿中，用一束光强为L的光透照在玻璃器皿上，穿出玻璃器皿后测定其光强为L1，将该浓度的磁悬液黑度定义为D1，同理将浓度上限所测黑度定义为Dh，如果磁悬液实际测量黑度D不大于Dh、不小于D1，则该磁悬液浓度满足磁粉检测工艺规程中关于磁悬液浓度的要求。

但是该方法不能准确测定浓度值，只能给出定性结论。

专利申请号为1712949，名称为“磁悬液磁粉浓度传感器”其技术方案为由电感线圈回路、电流传感器和非导磁管组成，电感线圈回路由电感线圈和电流传感线串联构成，非导磁管设在电感线圈回路的电感线圈内，非导磁管一端为磁悬液入口，另一端为磁悬液出口，电流传感器套在电感线圈回路的电流传感器上。

但是该方法在实际现场中电流信号变化小、干扰信号大、该装置灵敏度较低。

发明内容

为实现一种高灵敏度的实时磁悬液测量，本发明提供了一种磁悬液浓度的测量装置及其测量方法，其技术方案具体如下：

一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于：所述的磁悬液浓度测量装置包括依次连接的信号检测单元、信号处理单元、信号计算单元及报警单元；

所述的信号检测单元包括测量管、电感线圈及激励源；

所述的信号处理单元包括信号放大器、带通滤波器以及AD采样器；

所述的信号计算单元为计算机；

所述报警单元为一报警器；

所述的测量管插入电感线圈中，所述的激励源连接在电感线圈的两端，从电感线圈的两端分别抽出一个抽头作为检测信号的输出端，将所述检测信号的输出端连接至信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接至AD采样器的信号输入端，AD采样器的信号输出端连接至计算机的信号接收端，计算机的信号输出端连接至报警器的信号接收端；

所述的磁悬液浓度测量装置，利用磁悬液中磁粉的导磁性，根据磁导率与电压及磁导率与浓度之间的关系原理建立浓度与电压的函数关系，通过建立测试电路测定电压值，计算出相应磁悬液的浓度值。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于在所述的由激励源及电感线圈构成的回路上还接入一可调电阻R1，所述可调电阻R1与电感线圈为串联连接。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于所述信号放大器为差分放大器，在所述差分放大器的输出端和反相输入端之间连接一可调电阻R2形成负反馈。

一种磁悬液浓度测量方法，采用上述任一权力要求所述磁悬液浓度测量装置来实现，其特征在于所述的磁悬液浓度测量方法包括如下步骤：

S1：根据工艺要求配置浓度为上限浓度值的磁悬液；

S2：将配置好的上限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行上限浓度值标定；

S3：根据工艺要求配置浓度为下限浓度值的磁悬液；

S4：将配置好的下限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行下限浓度值标定；

S5：将工作的磁悬液引入磁悬液浓度测量装置的测量管，对磁悬液的浓度值进行实时监测，

当实际监测值大于标定的上限浓度值或小于标定的下限浓度值时，磁悬液浓度测量装置发出报警，否则不报警。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于所述的磁悬液浓度测量装置进行的测试步骤如下：

T1：将配置浓度的待测磁悬液引入测量管，将测量管插入电感线圈，待流场稳定后，启动激励源，

T2：电感线圈将感应的电压值送入放大器的信号接收端进行信号放大；

T3：放大后的信号经由放大器的信号输出端送入带通滤波器的信号接收端进行选频；

T4：选频后的信号经由带通滤波器的信号输出端送入AD采样器进行AD转换；

T5：转换后的信号经由AD采样器的信号输出端送入计算机进行数据处理；

T6：计算机根据数据处理的结果发出相应的指令信号；

T7：报警器接收到计算机的指令信号后进行相应指令动作。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于在步骤S5之前，还有较低浓度值标定，较高浓度值标定及中间浓度值标定；

其标定步骤为：

A1：根据工艺要求配置浓度为较低浓度值的磁悬液；

A2：将配置好的较低浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较低浓度值标定；

A3：根据工艺要求配置浓度为较高浓度值的磁悬液；

A4：将配置好的较高浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较高浓度值标定；

A5：根据工艺要求配置浓度为中间浓度值的磁悬液；

A6：将配置好的中间浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行中间浓度值标定；

所述的较低浓度值标定、较高浓度值标定与中间浓度值标定与上限浓度值标定及下限浓度值标定形成浓度标定区间，为浓度响应提供更准确的动作指令，为浓度调整提供更准确的参考。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi为上限浓度标定值，

Yi-1为下限浓度标定值，

Xi为上限电压标定值，

Xi-1为下限电压标定值。

根据本发明的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi、Yi-1为浓度标定值，

Xi、Xi-1为电压标定值，

i＝2，3，4，5。

本发明的一种磁悬液浓度测量装置及其测量方法，其利用磁粉的高导磁性，通过前端放大电磁感应信号的方法，能够高灵敏度、快速响应浓度的变化，并将浓度变化值实时地检测出来，提供定量监测结果，其抗干扰能力强，能够准确地控制磁悬液浓度，提高探伤灵敏度。

附图说明

图1为本发明的测量装置结构示意图；

图2为本发明的测量装置结构框图；

图3为本发明的测量方法流程示意图；

图4为本发明的测量装置工作流程示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种磁悬液浓度测量方法及其测量装置作进一步具体说明。

如图1、2所示的一种磁悬液浓度测量装置，包括依次连接的信号检测单元、信号处理单元、信号计算单元及报警单元；

所述的信号检测单元包括测量管、电感线圈及激励源；

所述的信号处理单元包括信号放大器、带通滤波器以及AD采样器；

所述的信号计算单元为计算机；

所述报警单元为一报警器；

所述的测量管插入电感线圈中，所述的激励源连接在电感线圈的两端，从电感线圈的两端分别抽出一个抽头作为检测信号的输出端，将所述检测信号的输出端连接至信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接至AD采样器的信号输入端，AD采样器的信号输出端连接至计算机的信号接收端，计算机的信号输出端连接至报警器的信号接收端；

所述的磁悬液浓度测量装置，利用磁悬液中磁粉的导磁性，根据磁导率与电压及磁导率与浓度之间的关系原理建立浓度与电压的函数关系，通过建立测试电路测定电压值，计算出相应磁悬液的浓度值。

进一步地，在所述的由激励源及电感线圈构成的回路上还接入一可调电阻R1，所述可调电阻R1与电感线圈为串联连接。

进一步地，所述信号放大器为差分放大器，在所述差分放大器的输出端和反相输入端之间连接一可调电阻R2形成负反馈。

如图3、4所示，本技术方案的一种磁悬液浓度测量方法，采用如图1、2所示的磁悬液浓度测量装置来实现，其特征在于所述的磁悬液浓度测量方法包括如下步骤：

S1：根据工艺要求配置浓度为上限浓度值的磁悬液；

S2：将配置好的上限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行上限浓度值标定；

S3：根据工艺要求配置浓度为下限浓度值的磁悬液；

S4：将配置好的下限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行下限浓度值标定；

S5：将工作的磁悬液引入磁悬液浓度测量装置的测量管，对磁悬液的浓度值进行实时监测，

当实际监测值大于标定的上限浓度值或小于标定的下限浓度值时，磁悬液浓度测量装置发出报警，否则不报警。

进一步地，所述的磁悬液浓度测量装置进行的测试步骤如下：

T1：将配置浓度的待测磁悬液引入测量管，将测量管插入电感线圈，待流场稳定后，启动激励源，

T2：电感线圈将感应的电压值送入放大器的信号接收端进行信号放大；

T3：放大后的信号经由放大器的信号输出端送入带通滤波器的信号接收端进行选频；

T4：选频后的信号经由带通滤波器的信号输出端送入AD采样器进行AD转换；

T5：转换后的信号经由AD采样器的信号输出端送入计算机进行数据处理；

T6：计算机根据数据处理的结果发出相应的指令信号；

T7：报警器接收到计算机的指令信号后进行相应指令动作。

进一步地，在步骤S5之前，还有较低浓度值标定，较高浓度值标定及中间浓度值标定；

其标定步骤为：

A1：根据工艺要求配置浓度为较低浓度值的磁悬液；

A2：将配置好的较低浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较低浓度值标定；

A3：根据工艺要求配置浓度为较高浓度值的磁悬液；

A4：将配置好的较高浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较高浓度值标定；

A5：根据工艺要求配置浓度为中间浓度值的磁悬液；

A6：将配置好的中间浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行中间浓度值标定；

所述的较低浓度值标定、较高浓度值标定与中间浓度值标定与上限浓度值标定及下限浓度值标定形成浓度标定区间，为浓度响应提供更准确的动作指令，为浓度调整提供更准确的参考。

进一步地，浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi为上限浓度标定值，

Yi-1为下限浓度标定值，

Xi为上限电压标定值，

Xi-1为下限电压标定值。

进一步地，浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi、Yi-1为浓度标定值，

Xi、Xi-1为电压标定值，

i＝2，3，4，5。

本装置由激励电源，绕制在玻璃管上的线圈传感器，放大器，带通滤波器，A/D采样模块和计算机组成。

计算磁悬液浓度的方法分为对于特定磁粉建模和相应磁悬液测量两个过程。

对于特定磁粉配置的磁悬液建模过程包含如下步骤：

A对于特定磁粉配置的磁悬液在工作浓度内选取若干个有代表性的标定点。

B配置相应浓度磁悬液。

C将装满配置好磁悬液的玻璃管插入线圈中。

D计算机记录相应的磁悬液浓度，及其电压采样值，形成该种磁粉的测量模型表格。

对于计算机已建模的磁粉配置的磁悬液，测量过程包含如下步骤：

A把磁悬液引入线圈内的玻璃管中。

B待流场稳定后，启动采样，计算机取得采样值。

C将采样值与模型表格中的采样值比较，寻找出最接近的两个值，使用差值的方法，计算磁悬液浓度值。

本发明利用磁粉的高导磁性，通过前端放大电磁感应信号的方法，高灵敏、高精度地测量磁悬液的浓度。

与传统的梨形沉淀管法相比，本发明不需要沉淀时间，实时性好；不会受到沙土、氧化物的干扰，抗干扰能力强。

实施例

如图1所示的一种磁悬液浓度测量装置，包括：交流激励源，分压可调电阻R1，测量线圈，玻璃管，放大器，放大器调整电阻R2，带通滤波器，A/D采样器，计算机。

当磁悬液流过玻璃管，测量线圈的电感值发生变化，在交流激励源的驱动下，测量线圈两端的电压发生变化。该变化经过放大器放大之后，带通滤波器去处干扰信号，送到A/D采样器转换成数字信号存入计算机。另外分压可调电阻R1和放大器调整电阻R2可以用来调校系统误差。

对于特定磁粉型号m配置的磁悬液建模过程包含如下步骤(本实施例中选用5个标定点模式)：

A对于特定磁粉配置的磁悬液在工作浓度内选取下限浓度y₁，较低浓度y₂，中间浓度y₃，较高浓度y₄，上限浓度y₅，5个标定点。

B配置相应y₁到y₅浓度的5份磁悬液。

C将装满配置好磁悬液的玻璃管插入线圈中。

D计算机记录相应的磁悬液浓度y₁到y₅，及其电压采样值x₁到x₅，形成该种磁粉的测量模型表格(表1)。

标定点	采样值	浓度值
			1下限浓度	x1	y1
2较低浓度	x2	y2
			3中间浓度	x3	y3
4较高浓度	x4	y4
			5上限浓度	x5	y5

表1

对于计算机已建模的磁粉m配置的磁悬液，测量过程包含如下步骤：

A把磁悬液引入线圈内的玻璃管中。

B待流场稳定后，启动采样，计算机取得采样值x_m。

C将采样值与模型表格中的采样值比较，寻找出最接近的两个值，使用插值的方法，计算磁悬液浓度值y_m。

计算方法如下：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

上式中，Xm满足X_i-1＜X_m＜X_i关系，

i＝2，3，4，5。

当X_m＜x₁，输出浓度下限报警。

当x_m＞x₅，输出浓度上限报警。

本发明的一种磁悬液浓度测量装置及其测量方法，能够快速响应浓度的变化，并将浓度变化值实时检测出来，根据本发明能够准确地控制磁悬液浓度，提高探伤灵敏度。

Claims (8)

1.一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于：所述的磁悬液浓度测量装置包括依次连接的信号检测单元、信号处理单元、信号计算单元及报警单元；

所述的信号检测单元包括测量管、电感线圈及激励源；

所述的信号处理单元包括信号放大器、带通滤波器以及AD采样器；

所述的信号计算单元为计算机；

所述报警单元为一报警器；

所述的测量管插入电感线圈中，所述的激励源连接在电感线圈的两端，从电感线圈的两端分别抽出一个抽头作为检测信号的输出端，将所述检测信号的输出端连接至信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接至AD采样器的信号输入端，AD采样器的信号输出端连接至计算机的信号接收端，计算机的信号输出端连接至报警器的信号接收端；

所述的磁悬液浓度测量装置，利用磁悬液中磁粉的导磁性，根据磁导率与电压及磁导率与浓度之间的关系原理建立浓度与电压的函数关系，通过建立测试电路测定电压值，计算出相应磁悬液的浓度值。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于在所述的由激励源及电感线圈构成的回路上还接入一可调电阻R1，所述可调电阻R1与电感线圈为串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬液浓度测量装置，其特征在于所述信号放大器为差分放大器，在所述差分放大器的输出端和反相输入端之间连接一可调电阻R2形成负反馈。

4.一种磁悬液浓度测量方法，采用权利要求1至3项任一磁悬液浓度测量装置来实现，其特征在于所述的磁悬液浓度测量方法包括如下步骤：

S1：根据工艺要求配置浓度为上限浓度值的磁悬液；

S2：将配置好的上限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行上限浓度值标定；

S3：根据工艺要求配置浓度为下限浓度值的磁悬液；

S4：将配置好的下限浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行下限浓度值标定；

S5：将工作的磁悬液引入磁悬液浓度测量装置的测量管，对磁悬液的浓度值进行实时监测，

当实际监测值大于标定的上限浓度值或小于标定的下限浓度值时，磁悬液浓度测量装置发出报警，否则不报警。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于所述的磁悬液浓度测量装置进行的测试步骤如下：

T1：将配置浓度的待测磁悬液引入测量管，将测量管插入电感线圈，待流场稳定后，启动激励源，

T2：电感线圈将感应的电压值送入放大器的信号接收端进行信号放大；

T3：放大后的信号经由放大器的信号输出端送入带通滤波器的信号接收端进行选频；

T4：选频后的信号经由带通滤波器的信号输出端送入AD采样器进行AD转换；

T5：转换后的信号经由AD采样器的信号输出端送入计算机进行数据处理；

T6：计算机根据数据处理的结果发出相应的指令信号；

T7：报警器接收到计算机的指令信号后进行相应指令动作。

6.根据权利要求4所述的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于在步骤S5之前，还有较低浓度值标定，较高浓度值标定及中间浓度值标定；

其标定步骤为：

A1：根据工艺要求配置浓度为较低浓度值的磁悬液；

A2：将配置好的较低浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较低浓度值标定；

A3：根据工艺要求配置浓度为较高浓度值的磁悬液；

A4：将配置好的较高浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行较高浓度值标定；

A5：根据工艺要求配置浓度为中间浓度值的磁悬液；

A6：将配置好的中间浓度磁悬液送入磁悬液浓度测量装置的测量管，对其进行中间浓度值标定；

所述的较低浓度值标定、较高浓度值标定与中间浓度值标定与上限浓度值标定及下限浓度值标定形成浓度标定区间，为浓度响应提供更准确的动作指令，为浓度调整提供更准确的参考。

7.根据权利要求4所述的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi为上限浓度标定值，

Yi-1为下限浓度标定值，

Xi为上限电压标定值，

Xi-1为下限电压标定值。

8.根据权利要求6所述的一种磁悬液浓度测量方法，其特征在于浓度实际测量值、电压实际测量值与浓度标定值及电压标定值的关系为：

$y_m=\frac{y_i-y_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}(x_m-x_{i-1})+y_{i-1}$

其中，Xm由X_i-1＜X_m＜X_i关系确定，

Ym为浓度实际测量值，

Xm为电压实际测量值，

Yi、Yi-1为浓度标定值，

Xi、Xi-1为电压标定值，

i＝2，3，4，5。