CN105527339B - 基于复合式u型脉冲电磁传感器的无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，将定点式检测探头和差分式检测探头相结合，Hall传感器在PCB上对称性布置，使得传感器输出差分式检测结果，设计带有滚轮的支架结构，使得传感器可以进行动态检测，并克服了传感器与铁磁性试件之间的摩擦阻力和磁性吸引力，实现对缺陷损伤部位的位置检测和检测结果的定量分析。本发明解决了常规检测效果单一和精度不高的问题，获得了更为精确的脉冲电磁检测结果，丰富了U型传感器在脉冲涡流中的研究手段。本系统主要包括了信号发生器、功率放大器、Hall传感器、低通滤波器、信号调理模块、信号采集模块和U型激励线圈检测探头等部分。

Description

基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法
技术领域
本发明通过对常规检测探头进行改进，在脉冲电磁检测方法中实现对缺陷损伤检测方式的多样化，该发明涉及了无损检测及测试技术领域。
背景技术
脉冲漏磁检测技术(PMFL)，是一种新型的电磁无损检测技术，有效集成了漏磁检测和脉冲涡流检测技术的优点，能对铁磁性材料进行无损检测。对于铁磁性构件的脉冲漏磁无损检测而言，脉冲漏磁的激励电压(流)为一个脉冲，通常为具有一定占空比的矩形波，施加在探头上的励磁矩形波所产生的脉冲磁场对被测试件进行局部磁化，在被测试件中的不连续处有脉冲漏磁场“泄漏”，置于被测试件上的检测传感器上就会感应出随时间变化的电压即漏磁瞬态信号，由于脉冲信号丰富的频率成分以及很宽的频谱，能使激励磁场渗透到被测试件的不同深度，感应电压中就包含重要的有关缺陷的更多信息，比如位置、尺寸如深度等，目前已经广泛应用于铁磁性构件的无损检测中。脉冲激励按电平状态可分为低电平、脉冲上升沿与高电平三个阶段，脉冲中高、低电平可以对应为直流激励，从而在铁磁性构件中产生漏磁场；而脉冲上升沿可以对应交流激励，从而在铁磁性构件中产生脉冲涡流，因此铁磁性构件的脉冲漏磁无损检测方法被认为结合了脉冲涡流检测与漏磁检测的特点，和传统的涡流检测与漏磁检测相比，丰富了检测信号中包含的缺陷信息，在铁磁性构件缺陷的定量评估方面体现出了潜在优势。作为检测系统的触发端，检测探头结构形式和检测方式对检测效果起着至关重要的作用，因此，必须设计出具有足够的检测精度的传感器探头。
发明内容
本发明主要是关于铁磁性构件无损检测方法的一项技术，针对检测效果单一且无法实现定量检测的问题，提出采用差分式和定点式相结合的复合式U型传感器检测探头，设计置有3个Hall传感器的PCB，处于PCB中间位置的Hall传感器构成定点式检测元件，用于铁磁性构件缺陷损伤部位的位置检测，处于PCB两端并关于PCB中心线对称的Hall传感器构成差分式检测元件，用于定量分析缺陷部位的深度大小。针对U型磁轭在激励线圈的作用下会与铁磁性试件之间产生较强的引力，设计带有滚轮的支架结构，实现对试件上不同位置的缺陷进行可移动式检测，避免了传感器与试件直接接触所产生的摩擦。
一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，主要包括以下方面：
(1)搭建检测系统的实验平台，将U型探头(2)上激励线圈(1)两根引线连接功率放大器，定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)输出引线连接低通滤波器，依次与其他模块相连接。
(2)PCB板(3)上两侧布置两个Hall传感器，分别为第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)，关于PCB中心线对称，形成差分式检测探头。
(3)PCB板(3)的中间位置布置一个第二霍尔(Hall)传感器(9)，形成定点式检测探头。
(4)根据U型探头(2)的尺寸大小设计合适的H型支架结构(4)，在支架的两脚下安装滚轮(5)，实现可移动式检测方式。
(5)在铁磁性试件(6)亚表面上制作不同深度的缺陷(7)，进行缺陷检测。
(6)调节信号发生器来产生激励信号，信号放大电路对信号进行放大。
(7)示波器显示输出信号，采集卡将输出数据导入计算机，并处理信号。
所述的检测方法检测缺陷的步骤如下：在U型探头(2)的中心部位绕制激励线圈(1)，激励线圈(1)引出两根线连接功率放大器，PCB板(3)上设有由第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)组合的差分式检测探头和定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)，带有滚轮(5)的支架(4)上卡槽安置U型探头(2)，支架(4)的下卡槽安在被测试件(6)上，并与被测试件(6)之间留有间隙，使传感器方便移动；当U型探头(2)在试件(6)表面进行检测时，PCB(3)上的定点第二霍尔(Hall)传感器(9)用于检测缺陷(7)在试件(6)上的位置，连接差分式第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)，通过与试件垂直方向的磁场信号可以实现缺陷部位(7)深度大小的定量检测，传感器输出结果通过放大、滤波、去噪等处理，在示波器上显示采集信号的波形，最后通过数据采集卡将采集的信号输入计算机并进行后续的处理。
本发明的主要技术特点有：
(1)本发明的检测元件第一霍尔(Hall)传感器(8)、第二霍尔(Hall)传感器(9)、第三霍尔(Hall)传感器(10)排布在同一块PCB板(3)上，第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)组合成差分式检测方式，置于U型探头(2)脚的两端；另一个第二霍尔(Hall)传感器(9)组成定点式检测方式，置于U型探头(2)的两脚中间。
(2)本发明在U型探头(2)上安装带有滚轮(4)支架(5)，克服了传感器与试件之间的摩擦阻力和磁性引力，实现可移动式检测分析。
(3)本发明采用复合式U型检测传感器，对铁磁性材料的漏磁信号分析更加精确。
(4)本发明采用的定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)可以确定缺陷部位，第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)组成的差分式检测探头可以定量分析缺陷的深度大小。
附图说明
图1为脉冲漏磁检测系统流程图
图2为PCB板结构设计图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步说明。
搭建如图1所示的实验平台，设计如图2所示的PCB板。在U型探头(2)上绕制激励线圈(1)，将带有传感器的PCB板(3)用胶水贴合在U型探头(2)的底部。调节直流电源，将合适的电压输入到信号发生器，产生信号可调的脉冲方波，通过功率放大器将微弱的脉冲信号进行放大，放大后的激励信号输入到U型传感器(2)的激励线圈(1)。在进行缺陷检测时，将U型传感器(2)置于带有滚轮(5)的支架(4)上卡槽，支架水平放置于亚表面存在不同深度缺陷(7)的试件(6)上，PCB(3)上的定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)连接低通滤波器，其工作面为上下地面，因此可以检测缺陷部位(7)与试件垂直方向上的漏磁信号。U型探头(2)在被测试件上水平移动检测时，缺陷部位和没有缺陷的部位在示波器显示的波形有明显的区别；断开定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)，PCB(3)上由第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)组合的差分式检测探头与低通滤波器相连接，将U型探头(2)移动到检测到的缺陷部位，对缺陷部位(7)进行差分检测，能将缺陷部位(7)的深度定量。后续的信号进入信号调理电路，数据采集卡将调理后的信号进行采集并输入电脑，把数据引入MATLAB里进行分析和处理，进行缺陷深度大小的定量分析。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，其特征在于：
包括了激励线圈(1)、U型探头(2)、带有传感器的PCB(3)、支架(4)、滚轮(5)、亚表面带有缺陷的试件(6)、不同深度的缺陷(7)、第一霍尔(Hall)传感器(8)、第二霍尔(Hall)传感器(9)、第三霍尔(Hall)传感器(10)；
缠绕着激励线圈(1)的U型探头(2)和带有传感器的PCB(3)组成复合式U型传感器，放置在带有滚轮(5)的支架(4)上，用于检测亚表面带有不同深度缺陷(7)的试件(6)，三个霍尔(Hall)传感器(8-10)布置于PCB(3)正面，并关于PCB中心线对称；
还包括了直流恒压源、信号发生器、功率放大器、低通滤波器、信号调理电路、示波器、数据采集卡以及计算机；激励线圈(1)引出两根线连接功率放大器；直流恒压源通过信号发生器还与功率放大器连接；信号发生器还通过数据采集卡与计算机信息传输；第二霍尔(Hall)传感器(9)输出引线连接低通滤波器；低通滤波器还通过信号调理电路与示波器连接；低通滤波器还通过信号调理电路、数据采集卡与计算机信息传输；
处于PCB(3)中间位置的第二霍尔(Hall)传感器(9)构成定点式检测元件，用于铁磁性构件缺陷损伤部位的位置检测；处于PCB(3)两端并关于PCB(3)中心线对称的第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)构成差分式检测元件，用于定量分析缺陷部位的深度大小；
PCB(3)上的定点式第二霍尔(Hall)传感器(9)连接低通滤波器，检测缺陷(7)与试件(6)垂直方向上的漏磁信号，U型传感器在试件(6)水平移动检测时，缺陷部位和没有缺陷的部位在示波器显示的波形有明显的区别；断开第二霍尔(Hall)传感器(9)，PCB(3)上的差分式第一霍尔(Hall)传感器(8)和第三霍尔(Hall)传感器(10)与低通滤波器相连接，将U型传感器移动到检测到的缺陷部位，对缺陷(7)进行差分检测，能将缺陷(7)的深度定量。
2.根据权利要求1所述一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，其特征在于：设计的是U型探头，区别于常规的矩形和圆柱形探头，该探头能产生方向性较好的磁场强度，有利于对缺陷部位漏磁信号的检测。
3.根据权利要求1所述一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，其特征在于：把PCB作为霍尔(Hall)传感器的载体，实现定点式检测和差分式检测，提高了检测的精度。
4.根据权利要求1所述一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，其特征在于：设计的带有滚轮的支架结构，克服了传感器与被测试件之间的摩擦阻力和磁性引力，实现可移动式检测。
5.根据权利要求1所述一种基于复合式U型脉冲电磁传感器的无损检测方法，其特征在于：采用两种检测方式分别来获取缺陷的位置和缺陷深度的大小，实现缺陷的定量研究。
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