CN105866239A - 基于铁磁性试件的u型脉冲融合型传感器检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，本方法是针对铁磁性试件在U型线圈激励下表面缺陷和亚表面缺陷检测方式单一的问题，通过设计的U型脉冲融合型传感器检测方法实现对缺陷位置的确定和定量检测。所述的U型脉冲融合型传感器在检测铁磁性试件时，缺陷部位的响应信号会发生畸变；霍尔传感器则通过低通滤波电路处理信号，差分式检测线圈输出信号经过带通滤波电路处理，分别实现对表面缺陷和亚表面缺陷检测信号的图像化和对缺陷的识别和定量分析。本发明将两种检测方式同时进行，提高了检测效率；检测线圈采用差分式检测方法，霍尔传感器采用铁磁屏蔽罩，去除外界干扰信号，提高了检测精度。

Description

基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法

技术领域：本发明对常规U型传感器改进，将两种检测方式融合制作得到的U型脉冲融合型传感器用于检测铁磁性试件表面和亚表面缺陷，经过一系列预处理后，差分式检测线圈输出信号经带通滤波进行处理，霍尔传感器输出信号经低通滤波进行处理。该发明涉及了无损检测、测试技术及信号处理领域。

背景技术：随着国民经济的发展，铁磁性材料在石油化工、铁路钢轨、航空航天等制造领域，尤其是高温高压的作业环境，对无缝钢件的质量有着更高的要求。无缝钢件在制作工序中经过一系列的冶炼、浇筑、轧制和拉拔等制成后，除了由于各种冶金缺陷在铸坯过程中形成周向分层状的缺陷外，还会由于操作工艺不当或者设计不当等原因在试件上产生裂纹、折迭、翘皮、划伤等表面缺陷和亚表面缺陷。因此，为了保证钢件的质量和使用安全，根据相关的产品技术标准，需要对生产线上的钢件进行表面和亚表面的无损探伤。

脉冲漏磁(PMFL)检测技术作为一种新型的检测技术，磁化机理是通过施加在探头上具有一定占空比的脉冲电压(流)信号，激励线圈产生的脉冲磁场对铁磁性试件进行局部的磁化，在试件的缺陷处产生脉冲漏磁场，置于试件上的检测传感器就会感应出随时间变化的电压即漏磁瞬态信号。由于脉冲信号中包含很宽的频谱，感应电压信号中就包含重要的有关缺陷位置、尺寸如深度等信息。因此，在对铁磁性试件的缺陷检测中具有一定的优势。

带通滤波电路是一种具有频率选择性的电路，其作用是让频率在通带内的信号分量通过，让频率在通带外的信号分量不能通过，或是受到尽可能的抑制和衰减。设计的带通滤波电路可以实现通带内的频率特性好，具有较短的响应时间，能够实现快速滤波。

发明内容：本发明主要是针对铁磁性试件表面缺陷和亚表面缺陷检测方式较为独立单一，检测效率较低等问题，提出的一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，丰富了脉冲漏磁技术在铁磁性试件中的应用，为实现钢件的实时在线检测打下基础。

一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，主要包括以下方面：

(1)搭建检测系统实验平台，将激励线圈(2)和检测线圈(3)分别绕制在U型磁轭骨架(1)上，将中心处焊接有霍尔元件(13)的PCB板(12)用胶水固定于U型磁轭脚的两端，将U型探头的激励部分连接经过放大后的脉冲信号，将检测部分分别连接到后续的信号处理电路。

(2)设计相应的差动检测电路、带通滤波电路和低通滤波电路；

(3)针对铁磁性试件(5)的检测，表面缺陷(6)采用霍尔检测元件(4)进行检测，通过后续的低通滤波进行信号处理；亚表面缺陷(7)采用差分式线圈检测元件(3)进行检测，通过后续的差动检测电路和带通滤波电路进行信号处理。

(4)设计相应的信号发生电路和信号处理电路；

(5)结果以图像的形式输出。

所述的该检测方法检测缺陷的步骤如下：U型传感器(1)匀速扫查铁磁性试件(5)，当进过缺陷部位(6、7)时，缺陷部位会产生脉冲漏磁场，置于试件上的检测传感器(3、4)就会捕获到这一变化，然后将变化的感应漏磁信号转化成随时间变化的电压信号。带有铁磁屏蔽罩的霍尔传感器(4)检测到的表面缺陷(6)信号经过后续的放大、低通滤波和去噪等处理，将采集到的信号引入到虚拟仪器检测模块进行数据处理，结果以图像的形式输出。差分式检测线圈(3)检测到的亚表面缺陷(7)信息进过后续的放大、带通滤波和去噪等处理，将采集到的信号引入到虚拟仪器检测模块进行数据处理，结果以图像的形式输出。通过进一步分析得出对应的表面缺陷和亚表面缺陷的位置和大小等信息。

本发明的主要技术特点有：

(1)本发明对U型探头(1)所绕制的线材选用高电导率，线径为1mm的紫铜漆包线作为激励线圈(2)，绕制厚度为8mm，这样不仅能产生较强的漏磁信号还能增加对铁磁性试件(5)的磁化程度；选用线径为0.1mm的紫铜漆包线作为差分式检测线圈(3)，绕制厚度为5mm，较小的几何尺寸可以增加检测的灵敏度和分辨率。

(2)本发明在信号处理电路部分，设计了带通滤波电路把属于高频成分的漏磁信号基本保留下来，方便描述差分式检测线圈检测亚表面缺陷处的信息；设计了低通滤波电路把属于低频成分的漏磁信号基本保留下来，方便描述霍尔传感器检测表面缺陷处的信息。

(3)本发明解决了铁磁性试件脉冲漏磁检测对表面缺陷(6)和亚表面缺陷(7)需要分开进行检测的问题，同时对试件上的两种缺陷进行检测有助于提高检测效率。

(4)本发明检测线圈(3)采用差分式检测方法，去除外界环境的干扰信号；霍尔检测元件(4)添加铁磁屏蔽罩，去除外界干扰信号，提高检测精度。

附图说明：图1是U型脉冲融合型传感器检测方法流程图

图2是U型探头激励和检测部分示意图

图3是PCB板结构图

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。

首先，搭建如图1所示的实验平台。调节直流电源输出合适的电压到脉冲信号发生电路，产生脉冲矩形方波。功率放大器将微弱的电信号进行放大，将放大后的信号输入到U型传感器(1)上的激励线圈(2)。激励线圈(2)产生的脉冲磁场对铁磁性试件(5)进行局部的磁化，当U型探头(1)扫查铁磁性试件(5)时，产生的漏磁场随着探头进行移动，遇到缺陷时会产生相应的脉冲漏磁场，置于试件上的检测传感器就会感应出随时间变化的电压即漏磁瞬态信号。对于不同纵深的表面缺陷(6)，带有铁屏蔽罩的霍尔传感器(4)检测到的感应电压，为了消除高频噪声信号，需要进行低通滤波处理，使得低频的表面漏磁信号保留下来，经过后续的信号调理电路进行调理。对于不同纵深的亚表面缺陷(7)，差分式检测线圈(3)感应到的检测信号，进过差动检测电路和带通滤波电路处理输入到信号调理电路，数据采集卡将采集到的信号输入到计算机，并引入虚拟仪器检测模块进行数据处理。最后两路输出结果以图像的形式输出，进行表面缺陷和亚表面缺陷的位置确定和定量分析。

图2是U型检测探头，U型骨架上端绕制有激励线圈，两端绕制有差分线圈，线圈的绕制采用紧密无间隙的方式，差分式线圈两边分别引出一根引线(9、10)同时接地，另外两根引线端(8、11)连接到差动检测电路。

图3是焊有霍尔元件(13)的PCB板(12)。

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 (6)

1.一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：

包括了U型检测探头(1)、激励线圈(2)、差分式检测线圈(3)、带有铁磁屏蔽罩的霍尔传感器(4)、带有缺陷的铁磁性试件(5)、不同深度的表面缺陷(6)、不同深度的亚表面缺陷(7)、差分式检测线圈的引出端子(8-11)、带有霍尔元件的PCB板(12-13)；

U型检测探头(1)上端缠绕着激励线圈(2)，两端缠绕着差分式检测线圈(3)，底端附有带铁磁屏蔽罩的霍尔传感器(4)，组合成U型脉冲融合型传感器，放置在带有缺陷的铁磁性试件(5)上，霍尔检测元件(4)用于检测不同深度的表面缺陷(6)，差分式检测线圈(3)用于检测不同深度的亚表面缺陷(7)，差分式检测线圈的引出端子(8-11)连接外电路的差动检测电路，其中霍尔元件(13)的布置关于PCB(12)中心线对称。

2.根据权利要求1所述，一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：本发明设计的是U型脉冲融合型传感器，将差分式检测线圈和霍尔检测元件两种检测方式结合在一起，可以同时检测铁磁性试件表面缺陷和亚表面缺陷，并对缺陷进行位置标定和定量分析，提高了检测效率。

3.根据权利要求1所述，一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：本发明选用高电导率，线径为1mm的紫铜漆包线作为激励线圈，绕制厚度为8mm，这样不仅能产生较强的漏磁信号还能增加对铁磁性试件的磁化程度；选用线径为0.1mm的紫铜漆包线作为差分式检测线圈，绕制厚度为5mm，较小的几何尺寸可以增加检测的灵敏度和分辨率。

4.根据权利要求1所述，一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：本发明对霍尔元件的检测信号处理采用低通滤波处理，对差分式检测线圈的检测响应信号采用带通滤波处理，对试件表面缺陷和亚表面缺陷采用不同的处理方式，提高检测精度。

5.根据权利要求1所述，一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：本发明对检测线圈采用差分式检测方法，对霍尔检测元件添加铁磁屏蔽罩，去除外界环境中的干扰信号，提高检测精度。

6.根据权利要求1所述，一种基于铁磁性试件的U型脉冲融合型传感器检测方法，其特征在于：用图像的形式输出响应信号，通过分析和处理这两种信号来对表面缺陷和亚表面缺陷进行识别和定量。