CN106290552B - 一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置 - Google Patents

一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置。该装置包括U形铁芯，绕制在U形铁芯上的初级线圈与次级线圈，以及面阵传感器阵列。在初级线圈中通以正弦磁化电流，则经磁化回路后在钢板表面形成初始正弦磁化场；此时，绕制在U形铁芯上的次级线圈通过电磁感应产生余弦感应电流，与其连接的铜棒在钢板表面形成与初始正弦磁化场方向相垂直的感应余弦磁化场，最终通过磁场叠加形成旋转磁化场。根据漏磁检测垂直磁化理论，任意走向缺陷可被旋转磁化场激励出最大强度的漏磁场，并被布置在钢板上方的面阵传感器阵列拾取。本发明克服了传统漏磁检测由于采用单一方向磁化而对斜向缺陷检测灵敏度低的缺点，可实现对钢板任意走向缺陷的高灵敏度快速检测。

Description

一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置
技术领域
本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，可实现对钢板表面任意走向缺陷的高灵敏度快速无损检测。
背景技术
漏磁检测作为一种穿透力极强的非接触式电磁无损检测方法，广泛应用于铁磁构件的质量检测过程。目前，钢板漏磁检测装置一般采用单一方向磁化场对钢板进行检测，如专利号201110350081.4公开了一种储罐底板检测装置，其利用一对永久磁铁产生与运动方向平行的磁化场对钢板进行磁化。然而，根据漏磁检测垂直磁化理论，当缺陷走向与磁化场方向垂直时，缺陷处漏磁场强度最大，探伤灵敏度也最高。随着缺陷走向的偏斜，漏磁场强度逐渐降低，直至二者走向一致时，漏磁场强度接近为零。因此，当采用单一方向磁化场对钢板进行检测时，对斜向缺陷反应不甚敏感，对与磁化场方向平行的缺陷甚至会产生漏检。因此，采用单一方向磁化的漏磁检测装置只有通过不停改变运动方向，如检测装置通过360°多方向运动扫查，才能实现对任意走向缺陷的高灵敏度检测。由于采用单一方向磁化的漏磁检测装置只能以多方向扫查来实现任意方向缺陷的全覆盖检测，因此检测工作量巨大，并且因多方向扫查实际操作困难，并不能保证任意走向缺陷的探伤灵敏度相同。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，利用在钢板表面形成的旋转磁化场对钢板进行旋转磁化，并在钢板表面布置面阵传感器阵列拾取缺陷漏磁信号，以实现对任意走向缺陷的高灵敏度快速检测。
针对本发明所要解决的技术问题，本发明提出的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其构成主要包括：U形铁芯，分别绕制在U形铁芯不同部位的初级线圈和次级线圈，初级线圈绕制在U形铁芯的中间位置，次级线圈绕制在U形铁芯的两侧。在初级线圈中通以正弦磁化电流，则经磁化回路后在钢板表面形成初始正弦磁化场；此时，绕制在U形铁芯上的次级线圈通过电磁感应产生余弦感应电流，则与其连接的铜棒将在钢板表面形成与初始正弦磁化场方向相垂直的感应余弦磁化场，最终通过磁场叠加形成旋转磁化场。面阵传感器阵列、信号调理电路、采集卡和计算机依次连接，面阵传感器将拾取到的缺陷处的漏磁信号转化为电信号，然后经过信号调理电路进行放大、滤波，之后进入采集卡进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，最后进入计算机进行信号处理并显示，从而实现钢板表面任意走向缺陷的高灵敏度快速检测。
在本发明的上述技术方案中，设置在U形铁芯下部的面阵传感器阵列与钢板表面的距离一般不大于2.0mm，最好在0.5～1.0mm的范围内。
在本发明的上述技术方案中，所述面阵传感器阵列的支撑板采用非铁磁性材料，如铝、高强度塑料等材料；所述铜棒与U形铁芯之间必须绝缘处理。
在本发明的上述技术方案中，初级线圈中的电流是交流磁化电源产生的交流磁化电流，电流频率最好在10～20Hz的范围内，电流大小最好在4～6A的范围内。
在本发明的上述技术方案中，线圈采用直径为1.7mm的漆包铜线，且初级线圈的匝数不小于800匝，次级线圈两侧的匝数相等且为初级线圈匝数的一半。
在本发明的上述技术方案中，所采用铜棒的直径最好在18～22mm之间，铜棒与U形磁铁之间必须绝缘。
在本发明的上述技术方案中，在面阵传感器阵列中的传感器直径最好为2.0mm，传感器之间的间距最好为1.0mm，面阵传感器的覆盖面积最好为100×100mm2。
本发明提供的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，是基于发明人以下的认识和灵感完成的：在初级线圈、U形铁芯和钢板组成的磁化回路中，交流磁化电源给初级线圈提供交流磁化电流，从而在钢板表面产生平行于U形铁芯的初始正弦磁化场；此时绕制在U形铁芯两侧的次级线圈中会产生感应余弦电流，流经铜棒，铜棒中的余弦电流将在钢板表面形成与初始正弦磁化场相垂直的感应余弦磁化场。两个磁场相互叠加，形成匀速转动的旋转磁化场，当磁化场方向与裂纹方向互相垂直时，此时的漏磁信号最大，在钢板上方的面阵传感器阵列拾取此时的漏磁信号，最终通过信号调理电路、采集卡和计算机显示出缺陷信息。本发明正是基于发明人的上述发现提出了本发明的技术方案。
本发明提供的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其具有以下十分突出的有益技术效果和优点。
1．通过初始正弦磁化场与感应余弦磁化场的矢量叠加，在钢板表面形成旋转磁化场，可使钢板上任意走向缺陷激发出最大的漏磁场信号，并被面阵传感器阵列拾取，从而实现任意走向缺陷的高灵敏度快速检测，性能稳定，结构简单，成本低。
2．磁化过程中，利用U形铁芯与钢板形成磁化回路来产生初始正弦磁化场，利用次级线圈与铜棒形成的电流回路来产生感应余弦磁化场，均不需要与钢板表面接触，因此，一方面对钢板表面质量状况无要求，也不会对钢板产生摩擦刮伤或者火花烧伤，另一方面非接触检测方式可提高检测效率，实现钢板的快速扫查。
附图说明
图1为基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置结构示意图。
图2为基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置原理示意图。
图3为磁场矢量叠加形成旋转磁化场示意图。
图4为面阵传感器阵列拾取裂纹产生的漏磁场信号示意图。
上述附图中的各图标号表示对象分别为：1-钢板；2-U形铁芯：3-铜棒；4-面阵传感器阵列；5-面阵传感器支撑板；6-交流磁化电源；7-初级线圈；8、9-次级线圈；10-信号调理电路；11-采集卡；12-计算机；13、14-裂纹缺陷。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的具体实施方式，并通过具体实施方式对本发明的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置作进一步说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。
本实施例的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其结构如图1所示：检测装置由U形铁芯2、铜棒3、面阵传感器4、面阵传感器支撑板5、交流磁化电源6、初级线圈7、次级线圈8与9、信号调理电路10、采集卡11和计算机12组成。交流磁化电源6、初级线圈7、U形铁芯2与钢板1形成磁化回路，并在钢板表面形成沿x方向的初始磁化场。次级线圈8与9、铜棒3在钢板表面形成沿y方向的感应磁化场。面阵传感器阵列4将缺陷处的漏磁场信号转化为电信号，然后经过信号调理电路10进行放大、滤波，之后进入采集卡11进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，最后进入计算机12进行信号处理并显示。
如图2所示，交流磁化电源6与初级线圈7相连，初级线圈绕在U形铁芯中间部位，并通以正弦磁化电流I x =Asin(ωt)，A为交流电的幅值。初级磁化线圈7，U形铁芯2与钢板1形成闭合磁化回路，从而在钢板表面产生沿x轴方向的磁化场H x =Bsin(ωt)，B为x轴正弦磁化场的幅值。
与此同时，分别绕在U形铁芯2的两侧的次级线圈8和9，与铜棒3相连。由于次级线圈中磁通量的变化，会在次级线圈中产生余弦感应电流I y =Ccos(ωt)，C为感应电流的幅值。与次级线圈8和9相连的铜棒3会在试件表面产生沿y轴方向的磁化场H y =Dcos(ωt)，D为y轴余弦磁化场的幅值。
如图3所示，初级线圈在钢板表面形成沿x轴方向的初始磁化场H x =Bsin(ωt)，次级线圈在钢板表面形成沿y轴方向的感应磁化场H y =Dcos(ωt)。通过调整初级线圈与次级线圈的匝数，使得磁化场H x 与H y 的幅值相同，也即B=D。此时，通过磁场叠加原理，在钢板表面形成以角速度ω进行旋转的磁化场H=B，θ=ωt。初级线圈和次级线圈幅值相等，叠加之后的磁场大小恒定为B（D）,与y轴的夹角θ=ωt，随着时间的改变，叠加磁场形成了一个半径为B（D）的旋转磁场。
根据漏磁检测垂直磁化理论，当磁化场方向与缺陷走向垂直时，能够激发出最大强度的漏磁场。如图4所示，钢板1中存在任意走向缺陷13和14。在检测装置运行过程中，旋转磁场的方向不断改变，当旋转磁化场H的方向分别转至H 1或H 2所示位置时，由于H 1与H 2分别与缺陷13和14走向垂直，此时在缺陷13、14将产生最大强度的漏磁场。此时，缺陷漏磁场被位于裂纹正上方的面阵传感器阵列4中的部分传感器拾取，并通过信号调理电路、采集卡和计算机显示出缺陷信息。这样，旋转磁场就能实现钢板上任意走向的裂纹缺陷快速检测。

Claims (9)

1.一种基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于包括：U形铁芯(2)、铜棒(3)、面阵传感器阵列(4)、面阵传感器支撑板(5)、交流磁化电源(6)、绕制在U形铁芯不同位置的初级线圈(7)和次级线圈(8、9)、信号调理电路(10)、数据采集卡(11)和计算机(12)，在初级线圈(7)中通入正弦磁化电流时，铁芯(2)和钢板(1)形成闭合磁化回路，并在钢板(1)表面形成初始正弦磁化场，此时，根据楞次定律，次级线圈(8、9)中将感应出余弦电流，次级线圈(8、9)与铜棒(3)形成电流回路，铜棒(3)中的余弦电流将在钢板表面形成与初始正弦磁化场相垂直的感应余弦磁化场，初始正弦磁化场与感应余弦磁化场进行矢量叠加，在钢板表面产生旋转磁化场，当磁化场方向与裂纹方向垂直时，则会激励出最大强度的漏磁场，被面阵传感器阵列(4)拾取，面阵传感器阵列(4)、信号调理电路(10)、采集卡(11)和计算机(12)依次连接，面阵传感器阵列(4)将拾取到的缺陷漏磁信号转化为电信号，然后经过信号调理电路(10)进行放大、滤波，之后进入采集卡(11)进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，最后进入计算机(12)进行信号处理并显示，从而识别裂纹。
2.根据权利要求1所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：初级线圈中的电流是交流磁化电源产生的交流磁化电流，电流频率为10～20Hz，电流大小为4～6A。
3.根据权利要求1或2所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：次级线圈和铜棒中流过的电流是因楞次定律产生的感应电流。
4.根据权利要求1所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：与次级线圈连通的铜棒通过感应电流后，在钢板中产生与初始正弦磁化场相垂直的感应余弦磁化场。
5.根据权利要求1、2、4任一所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：线圈采用直径为1.7mm的漆包铜线，且初级线圈的匝数不小于800匝，次级线圈两侧的匝数相等且为初级线圈匝数的一半。
6.根据权利要求1或4所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：所采用铜棒的直径为18～22mm，铜棒与U形铁芯之间必须绝缘。
7.根据权利要求1所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：面阵传感器阵列中，传感器直径为2.0mm，传感器之间的间距为1.0mm，面阵传感器的覆盖面积为100×100mm2。
8.根据权利要求1或7所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：面阵传感器阵列与钢板表面的距离不大于2.0mm。
9.根据权利要求1或7所述的基于旋转磁化场的钢板漏磁检测装置，其特征在于：面阵传感器阵列的支撑板采用非铁磁性材料制作，所述非铁磁性材料包括铝板和高强度塑料板。
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