CN106290560A - 一种电磁检测组合探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁检测组合探头，包括脉冲涡流传感器、激励控制单元、信号处理单元、A/D转换单元和计算处理单元，其中：所述脉冲涡流传感器包括底板、永磁体、激励线圈、检测线圈、侧板、滚轮座、滚轮轴、滚轮、航空插座、上盖和把手；所述激励控制单元用于对激励线圈加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场；所述信号处理单元用于对来自检测线圈的信号执行放大和滤波处理；所述A/D转换单元用于将模拟信号转换成数字信号送入计算处理单元进行后续处理和显示。本发明能够对构件表面进行面扫描，一次性检测面积大、检测速度快、检测准确、漏检率低，并能提供对构件表面的裂纹等缺陷进行定量分析所需的数据。

Description

一种电磁检测组合探头

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种电磁检测组合探头。

背景技术

随着国民经济的发展，我国在十一五到十二五期间，高质量金属材料的年需求量大幅度增加，并明显呈现出大口径化的发展趋势。比如要求耐腐蚀、抗挤压的汽车轴承棒材等，将随着国家对能源基础设施和汽车工业投入的加大而成为需求的热点。 由此，对这些产品出厂质量保证的无损检测提出了方法和技术上的新课题。

目前，在实现大面积范围的高速测量时，一般是采用机械式探头扫描来实现，具体是在单只传感器上配置机械驱动机构，在机械驱动机构的带动下，单只传感器可以进行扫描式动作。上述传统的测量方式仍然存在测试速度慢、测量精度低和可靠性差的缺陷，而且还无法取得被检材料的厚度信息。

而且，在目前的脉冲涡流检测技术中，被测构件中的电磁响应可等效为向下、向外扩散的涡流， 涡流的扩散规律能反映试件被测区域的大小和厚度。 通过检测由涡流产生的磁场，便可实现对被测构件壁厚减薄的检测。 然而，由于检测时涡流向外扩散，造成涡流能量分散，使得检测灵敏度偏低。因此，亟需寻找更为完善的脉冲涡流检测方案，以便克服现有技术中的上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种能有效提高脉冲涡流检测的灵敏度的装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电磁检测组合探头，其特征在于，包括脉冲涡流传感器、激励控制单元、信号处理单元、 A/D 转换单元和计算处理单元，其中：所述脉冲涡流传感器包括底板、永磁体、激励线圈、检测线圈、侧板、滚轮座、滚轮轴、滚轮、航空插座、上盖和把手，其中底板呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由上盖予以封闭；航空插座和把手设置在上盖上；永磁体呈圆环状，设置在底板的底部，其上下端面为磁极且极性相反；所述永磁体内部设置有检测线圈，所述检测线圈内部设置有激励线圈，所述永磁体、检测线圈和激励线圈的中心轴线均位于同一直线上；侧板固定在底板的中央，并紧压激励线圈和永磁体；侧板上开有穿线孔，便于激励线圈和检测线圈通过航空插座分别实现与外部的电连接；所述激励控制单元与激励线圈电连接，用于对激励线圈加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈上下两端的磁极极性与永磁体上下两端的磁极极性正好相反；当激励控制单元停止对激励线圈加载直流电流时，检测线圈将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元；所述信号处理单元与检测线圈电连接，用于对来自检测线圈的信号执行放大和滤波处理，然后传送给 A/D 转换单元；所述 A/D 转换单元将来自信号处理单元的模拟信号转换成数字信号送入计算处理单元进行后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程，从而判断电力金属材料表面是否存在缺陷。

优选的，所述脉冲涡流传感器有四个，所述四个脉冲涡流传感器按阵列方式排列，包括两个水平对称设置的脉冲涡流传感器和两个垂直对称设置的脉冲涡流传感器，其中所述水平方向对称的两个脉冲涡流传感器负责对水平方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，而所述垂直方向对称的两个脉冲涡流传感器负责对垂直方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测。

优选的，所述脉冲涡流传感器有八个，所述八个脉冲涡流传感器每两个作为一组，按阵列方式排列，包括两组水平对称设置的脉冲涡流传感器和两组垂直对称设置的脉冲涡流传感器，其中所述水平方向对称的两组脉冲涡流传感器负责对水平方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，而垂直方向对称的两个组脉冲涡流传感器负责对垂直方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测。

优选的，所述永磁体采用铁氧体材料制成，所述激励线圈和检测线圈采用漆包铜线绕制而成。

优选的，所述底板、上盖、侧板和把手均选用绝缘材料制成。

优选的，所述脉冲涡流传感器采用柔性电路板制成。

优选的，所述组合探头还包括多路复用器，该多路复用器设置在信号处理单元与检测线圈之间。

优选的，所述组合探头还包括报警单元，根据计算处理单元进行后续处理的结果，当电力金属材料表面存在缺陷时进行报警。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：能够对构件表面进行面扫描，一次性检测面积大、检测速度快、检测准确、漏检率低，并能提供对构件表面的裂纹等缺陷进行定量分析所需的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中 ：

图 1 是本发明提出的组合探头总体结构示意图；

图 2 是本发明的脉冲涡流传感器排列示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明组合探头包括脉冲涡流传感器2、激励控制单元1、信号处理单元4、 A/D 转换单元5和计算处理单元6，其中：

脉冲涡流传感器2包括底板、永磁体、激励线圈、检测线圈、侧板、滚轮座、滚轮轴、滚轮、航空插座、上盖和把手，其中底板呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由上盖予以封闭；航空插座和把手设置在上盖上；永磁体呈圆环状结构，设置在底板的底部，其上下端面为磁极且极性相反；永磁体内部设置有检测线圈，检测线圈内部设置有激励线圈，永磁体、检测线圈和激励线圈的中心轴线均位于同一直线上；侧板固定在底板的中央，并紧压激励线圈和永磁体；侧板上开有穿线孔，便于激励线圈和检测线圈通过航空插座分别实现与外部的电连接；本实施例中，脉冲涡流传感器2为四个或八个，它们按阵列方式排列，如图2所示，包括两个水平对称设置的脉冲涡流传感器和两个垂直对称设置的脉冲涡流传感器，其中 ，水平方向对称的脉冲涡流传感器A和脉冲涡流传感器C负责对水平方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，而垂直方向对称的脉冲涡流传感器B和脉冲涡流传感器D负责检测垂直方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测。本实施例中，永磁体采用铁氧体材料制成，激励线圈和检测线圈采用漆包铜线绕制而成，而底板、上盖、侧板和把手均选用绝缘材料制成。另外，脉冲涡流传感器2采用柔性电路板制成。

激励控制单元1与激励线圈电连接，用于对激励线圈加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈上下两端的磁极极性与永磁体上下两端的磁极极性正好相反；此外，当激励控制单元停止对激励线圈加载直流电流时，检测线圈将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元4；信号处理单元4与检测线圈电连接，用于对来自检测线圈的信号执行放大和滤波处理，然后传送给 A/D 转换单元5；由 A/D 转换单元5将来自信号处理单元4的模拟信号转换成数字信号送入计算处理单元6进行后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程，从而判断电力金属材料是否存在缺陷。

本实施例中，组合探头还包括多路复用器3，该多路复用器3设置在信号处理单元4与检测线圈之间。

本实施例中，组合探头还包括报警单元7，根据计算处理单元6进行后续处理的结果，当电力金属材料表面存在缺陷时进行报警。

传统的涡流检测（单频/多频）都是采用正弦波激励，无法获取被检材料厚度信息。本实施例中，激励控制单元1对激励线圈加载的激励信号为具有一定占空比的方波, 通过线圈中产生的瞬时电流在被检试样上感应出瞬时涡流，在激励电流作用下，线圈中会产生一个快速衰减的脉冲磁场，瞬时涡流与快速衰减的磁脉冲一并在材料中传播，形成一个衰减的感应场，检测线圈则输出一系列电压—时间信号。由于产生的脉冲由一列宽带频谱构成，所以响应的信号包含了重要的深度和缺陷信息，这就为材料的定量评价提供了重要的依据。

本实施例中，脉冲涡流传感器2中的激励线圈和检测线圈均由多个独立工作的线圈构成, 这些线圈按特定的结构形式密布在平面或曲面上构成阵列, 且激励线圈与检测线圈之间形成两种方向相互垂直的电磁场传递方式。工作时只需按照设定的逻辑程序, 对阵列单元进行实时或者分时接收信号处理, 并将各单元获取的涡流响应信号通过多路复用器3接入探头的信号处理单元4中去, 即可完成一个阵列的巡回检测。通过分时采样技术可以有效避免不同线圈间的互感，但是如果采用实时同步多路采样，则因为线圈之间互感效应，相对于单线圈分时采样而言，同步多路采样方式有利于提高检测灵敏度。阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当于传统的单个涡流检测探头对部件受检面的反复往返步进扫描的检测过程, 并且能够达到相同或者不低于单个传感器相同的测量精度和分辨率，并可以通过PC软件能力，实现3D成像显示信息，为操作者方便对检测结果的直观准确判断。

阵列式涡流传感器不需使用机械式探头扫描即可实现大面积范围的高速测量,且能够达到与单只传感器相同的测量精度和分辨率, 可有效提高传感器系统的测试速度、测量精度和可靠性。阵列涡流传感器常规使用的材料为FPC柔性电路板的形式，这种结构形式设计灵活多样,其探头外形可根据实际被检测对象的形面进行设计, 非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测。 在很多领域中充分利用阵列线圈间的互感信息, 可以检测不同方向的裂纹, 得到更多缺陷信息。由于线圈的个数比较多, 通过不同的组合能消除对某些特定走向缺陷的盲区，为3D直观化图像显示缺陷信息提供了有利的基础。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电磁检测组合探头，其特征在于，包括脉冲涡流传感器、激励控制单元、信号处理单元、 A/D 转换单元和计算处理单元，其中：所述脉冲涡流传感器包括底板、永磁体、激励线圈、检测线圈、侧板、滚轮座、滚轮轴、滚轮、航空插座、上盖和把手，其中底板呈上端开口下端封闭的筒体，且其开口端由上盖予以封闭；航空插座和把手设置在上盖上；永磁体呈圆环状，设置在底板的底部，其上下端面为磁极且极性相反；所述永磁体内部设置有检测线圈，所述检测线圈内部设置有激励线圈，所述永磁体、检测线圈和激励线圈的中心轴线均位于同一直线上；侧板固定在底板的中央，并紧压激励线圈和永磁体；侧板上开有穿线孔，便于激励线圈和检测线圈通过航空插座分别实现与外部的电连接；所述激励控制单元与激励线圈电连接，用于对激励线圈加载直流电流，以产生稳恒的一次磁场，并使得激励线圈上下两端的磁极极性与永磁体上下两端的磁极极性正好相反；当激励控制单元停止对激励线圈加载直流电流时，检测线圈将相应产生的二次磁场变化转换为电压信号，并传送给信号处理单元；所述信号处理单元与检测线圈电连接，用于对来自检测线圈的信号执行放大和滤波处理，然后传送给 A/D 转换单元；所述 A/D 转换单元将来自信号处理单元的模拟信号转换成数字信号送入计算处理单元进行后续处理和显示，由此实现脉冲涡流检测过程，从而判断电力金属材料表面是否存在缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，所述脉冲涡流传感器有四个，所述四个脉冲涡流传感器按阵列方式排列，包括两个水平对称设置的脉冲涡流传感器和两个垂直对称设置的脉冲涡流传感器，其中所述水平方向对称的两个脉冲涡流传感器负责对水平方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，而所述垂直方向对称的两个脉冲涡流传感器负责对垂直方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测。

3.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，所述脉冲涡流传感器有八个，所述八个脉冲涡流传感器每两个作为一组，按阵列方式排列，包括两组水平对称设置的脉冲涡流传感器和两组垂直对称设置的脉冲涡流传感器，其中所述水平方向对称的两组脉冲涡流传感器负责对水平方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，而垂直方向对称的两个组脉冲涡流传感器负责对垂直方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测。

4.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，所述永磁体采用铁氧体材料制成，所述激励线圈和检测线圈采用漆包铜线绕制而成。

5.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，所述底板、上盖、侧板和把手均选用绝缘材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，所述脉冲涡流传感器采用柔性电路板制成。

7.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，还包括多路复用器，该多路复用器设置在信号处理单元与检测线圈之间。

8.根据权利要求1所述的一种电磁检测组合探头，其特征在于，还包括报警单元，根据计算处理单元进行后续处理的结果，当电力金属材料表面存在缺陷时进行报警。