CN105548349A - 实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法。该方法主要通过布置在矩形探头的传感器实现对缺陷的三维尺寸的定量，利用PCB双层布线的技术实现多个传感器的布置，矩形探头的对称性使布置的传感器产生差分检测的效果，分别使用霍尔(Hall)传感器和巨磁阻(GMR)传感器实现三个方向磁场提取，最后使用三个方向的磁场信号实现缺陷的重构技术。本系统主要包括了信号发生模块、激励线圈模块、传感器模块、信号处理模块、信号采集模块等。

Description

实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法
技术领域
本发明主要通过对探头和传感器结构的改进来进行缺陷重构的研究，故涉及了无损检测和测试技术领域。
背景技术
随着世界工业的快速发展，管道在石油化工、煤矿行业、海洋工程等各个领域有着广泛的应用，已经成为现代工业中不可缺少的部分。但随着管道的服役时间越来越长，管道会具有一定的安全隐患，而发生的主要因素是管道腐蚀和磨损。因此，检测管道的腐蚀、磨损情况及评价管道系统的可靠性和使用寿命，是避免管道事故发生的重要的手段之一。在对管道的检测方法一般有射线、超声、漏磁和涡流检测等检测技术；然而超声需要耦合剂，射线需要放射源，漏磁检测时需要磁饱和装置，这些某种程度上都限制了检测技术在管道检测的发展。脉冲涡流作为一种新型的检测技术，因其具有很宽的频谱，只需一次扫描就能分析被测试件不同深度的缺陷，具有穿透深度强、包含信息丰富等特点，因此对管道等铁磁性构件的检测具有一定的优势。
发明内容
本发明是针对脉冲涡流缺陷检测中一般只能获取单个维度的缺陷信息，而难以实现对缺陷的全方位的定量的问题，提出采用矩形探头作为检测探头，设计置有6个传感器的PCB，传感器的正面包含了两个Hall传感器和两个GMR传感器，传感器的反面包含了两个GMR传感器，分别用来获取缺陷上不同方向的磁场分量，凭借不同方向的磁场分量来实验缺陷的重构，丰富了缺陷定量的手段。
一种实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法，主要包括以下方面：
(1)构建检测系统：
搭建检测的实验平台，将矩形探头(3)水平放置在被测试件(1)的纵向缺陷(2)的正上方，提离保持为1mm，带有传感器PCB(4)贴合在矩形探头(3)的底部，传感器连接后续的低通滤波电器；
(2)PCB采用双面布线的方式(即有两个工作面)，其形状为正方形，边长为50mm。
(3)PCB正面(5)上下两侧置有两个GMR传感器(6-7)，左右两侧置有两个Hall传感器(8-9)；
(4)PCB反面(10)上下两侧置有两个GMR传感器(11-12)；
(5)GMR传感器(6-7)和(11-12)，Hall传感器(8-9)都是关于PCB中心线对称布置；
(6)GMR传感器(6-7)和(11-12)的中心点位置相同，而布置的方式为GMR传感器(6-7)旋转90°得到GMR传感器(11-12)。
所述的检测方法检测缺陷的步骤如下：当矩形探头(3)在试件(1)进行脉冲涡流检测时，PCB正面(5)上的GMR传感器(6-7)分别对应于缺陷(2)和无缺陷处，形成差分检测，因为GMR传感器工作面为两个侧面，所以能够获取X方向的磁场信号，PCB(10)上的GMR传感器(11-12)同样对应于缺陷(2)和无缺陷处，因为旋转了90°的缘故，能够获取Y方向上的磁场信号；当获取了X和Y方向磁场信号后，矩形探头绕自身旋转90°，使得Hall传感器(8-9)能够分别对应于缺陷(2)和无缺陷处，由于Hall传感器工作面为两个底面，所以能够获取Z方向才磁场信号，通过X、Y和Z三个方向的磁场信号实现缺陷长度、宽度和深度的定量，实现缺陷的重构。最后传感器而并将磁场值转化为电压值的形式，经过后续的放大、滤波、去噪等处理，由示波器显示信号并通过数据采集卡输入到计算机进行后续的处理。
本发明的主要技术特点有：
(1)本发明的设计的是矩形检测探头，区别于常规的圆柱形探头，该探头能产生方向性较好的涡流和磁场强度，有利于缺陷的检测；
(2)本发明把PCB作为传感器的载体，实现差分检测，提高了检测的精度；
(3)本发明所使用的PCB是双面布线的方式，这样能够放置更多的传感器，无需制作其他的PCB，提高了检测效率；
(4)本发明所采用的PCB为正方形的形状，当矩形探头旋转90°后进行检测能够与第一次检测的贴合度更高；
(5)本发明采用了两种类型的磁传感器分别来获取缺陷处三个方向的磁场信号，实现缺陷全方位的定量研究；
(6)由于其矩形探头所产生的涡流具有方向的特性和多个传感器的布置，其对试件上任意走向的缺陷都有一定的检测性能。
附图说明
图1是矩形探头脉冲涡流缺陷检测示意图。
图2是置有传感器的PCB正面图。
图3是置有传感器的PCB反面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
首先，搭建如图1所示的实验平台。调节直流电源合适的电压输入到方波发生电路，产生频率可调的方波，通过功率放大器把微弱的信号进行放大，放大后的信号进入到矩形探头(3)，矩形探头(3)水平放置在有纵向缺陷(2)的试件(1)上，带有传感器的PCB(4)使用胶水贴合在矩形探头(3)的底部，检测时，将PCB正面(5)的GMR传感器(6-7)接入低通滤波器，且分别对应于缺陷(2)和无缺陷处并形成差分检测，其工作面为两个侧面的缘故使得能够获取磁场的X方向分量，利用磁场X方向分量对缺陷的长度进行定量；断开GMR传感器(6-7)与低通滤波器的连接，而将PCB反面(10)上的GMR传感器(11-12)接入低通滤波器，由于GMR传感器(11-12)为GMR传感器(6-7)围绕自身中心旋转90°所得的结果，故其检测的为磁场的Y分量，利用磁场的Y方向分量对缺陷的宽度进行定量；断开GMR传感器(11-12)与低通滤波器的连接，将矩形探头(3)绕自身旋转90°使得Hall传感器(8-9)分别对应于缺陷处(2)和无缺陷处，形成差分检测的效果，由于Hall传感器检测面为两个底面使得其获取的为磁场Z方向分量，能够对缺陷深度进行定量。通过以上传感器获取的磁场的X、Y和Z三个方向的分量，分别能够反映缺陷的长宽高的信息，即可实现缺陷的重构。后续的信号进入信号调理电路进行调理，调理后的信号波形显示在示波器上。数据采集卡一端负责采集产生的矩形脉冲信号，另一端负责对调理后的信号进行采集并输入电脑，把数据引入MATLAB进行分析和处理，进行缺陷的识别与定量分析。
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 (2)

1.一种实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法，其特征在于：
包括了试件(1)、缺陷(2)、矩形探头(3)、带有传感器的PCB(4)、PCB正面(5)、巨磁阻(GMR)传感器(6-7)、霍尔(Hall)传感器(8-9)、PCB反面(10)以及GMR传感器(11-12)；
试件(1)上存在纵向缺陷(2)，矩形探头(3)水平放置在缺陷(2)正上方，带有传感器的PCB(4)的形状为正方形并与矩形探头(3)底部贴合，PCB正面(5)上下两侧上置有GMR传感器(6-7)和左右两侧置有Hall传感器(8-9)，GMR传感器(6-7)和Hall传感器(8-9)都是关于PCB中心线对称，PCB反面(10)上下两侧置有两个GMR传感器(11-12)，GMR传感器(11-12)为GMR传感器(6-7)围绕自身中心点旋转90°的结果且中心点位置和GMR传感器(6-7)的中心点位置相同，并且也关于PCB中心线对称。
2.一种实现缺陷重构技术的矩形探头脉冲涡流检测方法，其特征在于：
1)本发明的设计的是矩形检测探头，区别于常规的圆柱形探头，该探头能产生方向性较好的涡流和磁场强度，有利于缺陷的检测；
2)本发明把PCB作为传感器的载体，实现差分检测，提高了检测的精度；
3)本发明所使用的PCB是双面布线的方式，这样能够放置更多的传感器，无需制作其他的PCB，提高了检测效率；
4)本发明所采用的PCB为正方形的形状，当矩形探头旋转90°后进行检测能够与第一次检测的贴合度更高；
5)本发明采用了两种类型的磁传感器分别来获取缺陷处三个方向的磁场信号，实现缺陷全方位的定量研究；
6)由于其矩形探头所产生的涡流具有方向的特性和多个传感器的布置，其对试件上任意走向的缺陷都有一定的检测性能。
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