CN106442711A - 基于涡流反射与透射的无损检测方法 - Google Patents

基于涡流反射与透射的无损检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，本方法利用常规涡流的反射作用和远场涡流的透射作用对铁磁性试件的表面缺陷和深层缺陷同时进行检测，用于识别表面与内部缺陷且能定量分析，有效解决了单纯远场涡流检测方法不能有效区分铁磁性试件内外缺陷，而常规涡流不能解决深层缺陷检测问题。检测过程中，当涡流传感器沿试件表面移动时，激励线圈对试件进行饱和磁化，同轴检测线圈用于检测试件表面缺陷，激励线圈外的磁屏蔽罩将直接耦合信号屏蔽，远场涡流检测线圈所拾取的为表面和深层缺陷信号。后续的信号进入锁相放大器模块、信号调理模块，由数据采集卡采集处理后的信号在PC机显示，实现铁磁性试件内外缺陷的分类识别与定量分析。

Description

基于涡流反射与透射的无损检测方法
技术领域
本发明基于涡流反射和远场涡流的透射效应，对常规的检测涡流传感器进行改进，实现对铁磁性试件的表面缺陷和深层缺陷的检测，使用铁磁屏蔽技术提高检测精度，该发明涉及了无损检测、测试技术和信号处理领域。
背景技术
随着世界工业的快速发展，铁磁性材料在石油化工、煤矿行业、海洋工程等各个领域的广泛的应用，已经成为现代工业中不可缺少的部分。但随着铁磁性构件服役时间越来越长，因而会具有一定的安全隐患，而发生的主要因素是腐蚀和磨损。因此，对铁磁性构件的腐蚀、磨损情况及评价管道方法的可靠性和使用寿命，是避免事故发生的重要的手段之一。现有的检测方法一般有超声、射线、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的发展。常规的涡流检测技术可以用于检测铁磁性试件的表面缺陷，而对深层缺陷无法进行有效检测。远场涡流检测是一种新兴的电磁无损检测技术，可以分析被测试件的表面缺陷和深层缺陷，具有穿透深度强、包含信息丰富等特点，对深层缺陷具有较高的检测精度，因此，结合传统的涡流检测技术和远场涡流检测技术的优势应用于对铁磁性试件的表面缺陷和深层缺陷的检测。
磁屏蔽技术运用到远场涡流的检测中，远场涡流通过磁屏蔽技术抑制直接耦合通道的能量，用以增强间接耦合磁场信号能量，使得远场涡流信号经过反射和透射两次穿过铁磁性材料，提高检测表面缺陷和深层缺陷的精度和检测效率。
发明内容
该发明主要是针对传统的涡流在铁磁性试件中检测信号受到集肤效应的影响对深层缺陷的检测效果不佳，提出了一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，丰富了涡流在铁磁性构件中的应用，为铁磁性试件的在线检测打下了基础。
一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，主要包括以下方面：
(1)搭建检测平台，将铁磁屏蔽罩(1)、激励线圈(2)、同轴检测线圈(3)、远场涡流检测线圈(5)通过连杆支架(4)组合成涡流传感器，并将激励线圈(2)连接经过放大的脉冲信号，同轴检测线圈(3)和远场涡流检测线圈(5)连接锁相放大器。
(2)根据铁磁性试件(6)的几何大小，设计激励线圈(2)、检测线圈(3、5)和铁磁屏蔽罩(1)。
(3)在铁磁性试件(6)上制作不同的表面缺陷(7)和深层缺陷(8)，进行缺陷检测。
(3)设计相应的锁相放大器，信号发生和处理电路。
(4)检测信号以曲线的形式输出。
所述涡流传感器布置方式如下：涡流传感器由激励线圈(2)和检测线圈(3、5)两个部分组成，其中罩有铁磁屏蔽罩(1)的激励线圈(2)内部置有同轴检测线圈(3)，激励线圈(2)和远场涡流检测线圈(5)的横向距离为3倍的线圈直径，对铁磁性试件(6)进行检测时，涡流传感器不与铁磁性试件(6)发生接触，且与铁磁性试件(6)外壁保持在10mm的距离。
所述的该检测方法检测缺陷的步骤如下：涡流传感器以均匀的速度从头部到尾部扫查铁磁性试件(6)，当经过表面缺陷(7)处时，同轴检测线圈(3)捕捉到涡流在缺陷部位的反射信号，经过后续的放大、滤波、去噪等处理，由采集卡把信号引入到MATLAB进行处理，以曲线的形式来显示，并与表面缺陷(7)相对应。当经过深层缺陷(8)处时，激励线圈(2)外部的铁磁屏蔽罩(1)消除直接耦合信号，远场涡流检测线圈(5)捕捉到缺陷部位经过反射和透射两次穿过试件的远场涡流信号，将磁场的变化转化为电压值，经过后续的放大、滤波、去噪等处理，由采集卡把信号引入到MATLAB进行处理，以曲线的形式来显示，并与缺陷(8)相对应。
本发明的主要技术特点有：
(1)对铁磁性试件(6)进行检测时，圆柱形的激励线圈(2)、的同轴检测线圈(3)和远场涡流检测线圈(5)的轴线平行并位于同一平面，所构成的涡流传感器与铁磁性试件(6)外壁保持在10mm的距离，实现无接触检测。
(2)激励线圈(2)选用具有高磁导率的空心圆柱形铁氧体磁芯(11)，在磁芯(11)的外部绕制具有高电导率的紫铜漆包线线圈(10)，绕制线圈(10)的宽度和厚度分别为50mm、20mm，线径为1mm，这样不仅能产生较强的涡流场，还可以增加对铁磁性试件(6)的磁化程度，远场涡流检测线圈(5)选用的磁芯和激励线圈(2)的大小相同、结构一样，不同之处在于绕制的线圈线径为0.1mm，绕制厚度为10mm，同轴检测线圈(3)选用的磁芯(15)大小为激励线圈的磁芯(11)的一半，绕制的线圈(14)线径为0.1mm，绕制厚度为5mm，检测线圈选用较小的线径可以增加检测分辨率。
(3)激励线圈(2)外部罩有壁厚为2mm的铁磁屏蔽罩(1)，铁磁屏蔽罩(1)与激励线圈(2)之间不发生接触，铁磁性材料的磁屏蔽罩(1)对磁场能的吸收以及涡流在屏蔽材料发生多次反射和折射可以造成初始磁场发生衰减，消除直接耦合信号，提高检测的灵敏度。
(4)本发明实现了对铁磁性试件(6)的表面缺陷(7)和深层缺陷(8)的检测，处理后的结果用曲线的形式输出，通过对比和分析来对表面缺陷(7)和深层缺陷(8)进行分类识别和定量分析。
附图说明：图1铁磁性试件检测方法流程图
图2涡流传感器激励线圈和同轴检测线圈示意图
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所示的检测方法平台。调节直流电源合适的电压输入到信号发生器，产生正弦激励，通过功率放大器把微弱的信号进行放大，放大后的信号输入激励线圈(2)，激励线圈(2)产生变化的磁场对铁磁性试件(6)进行磁化；当遇到表面缺陷(7)时，激励线圈(2)所激发的涡流信号经过反射被同轴检测线圈(3)所捕捉，产生感应电压；当遇到深层缺陷(8)时，激励线圈(2)所激发的一次磁场受到外部所添加的铁磁屏蔽罩(1)的作用，直接耦合磁场被消除，二次耦合磁场经过反射和透射穿过试件(6)，沿空气传播，当磁场再次穿透试件(6)，远场涡流检测线圈(5)捕捉到变化的磁场，从而产生感应电压。由于间接耦合分量经过反射和透射两次穿过试件(6)，因此能够检测到更有效的试件深层缺陷(8)信息。检测到变化的感应电压经过锁相放大器，后续的信号进入信号调理电路进行调理，对调理后的信号进行采集并输入计算机，然后把数据引入MATLAB进行分析和处理，最后以曲线的形式输出脉冲漏磁信号，进行缺陷(7、8)的分类识别与定量分析。
图2是涡流传感器激励线圈和同轴检测线圈示意图，外部罩有铁磁性材料磁屏蔽罩(1)，铁磁屏蔽罩(1)与激励线圈(2)之间留有间隙，具有高磁导率的空心圆柱形铁氧体磁芯(11)有绕制在外层线径为1mm的铜制线圈(10)，线圈(10)引出的线与焊接点(12)焊接，然后通过引线(13)将激励线圈(2)的导线引出，同轴检测线圈(3)的结构尺寸为激励线圈(2)的一半，在圆柱形铁氧体磁芯(15)有绕制在外层线径为0.1mm、厚度为5mm的铜制线圈(14)，线圈(14)引出的线与焊接点(16)焊接，然后通过引线(17)将同轴检测线圈(3)的导线引出。
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以内。

Claims (6)

1.一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：
(1)搭建检测系统平台，将涡流传感器放置在铁磁性试件(6)的表面，将激励线圈(2)与功率放大器相连，同轴检测线圈(3)和远场涡流检测线圈(5)与锁相放大器相连接；
(2)根据被测试件(6)的几何参数，设计圆柱形的激励线圈(2)、同轴检测线圈(3)、远场涡流检测线圈(5)和铁磁屏蔽罩(1)；
(3)设计响应的信号发生和处理电路；
(4)检测信号以曲线的形式输出；
(5)当涡流传感器扫查到铁磁性试件(6)上的表面缺陷(7)或者深层缺陷(8)时，激励线圈(2)位于缺陷(7、8)部位，此时检测线圈(3、5)感应电压发生变化，经过后续的信号处理，检测信号以曲线的形式输出，实现对缺陷的分类识别和定量分析。
2.根据权利要求1所述，一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：涡流传感器主要由激励线圈和检测线圈两个部分组成，其中激励线圈为绕制在圆柱形磁芯上的铜制线圈，激励线圈外部套有同轴的铁磁屏蔽罩，两个检测线圈一个为激励线圈内部的同轴检测线圈，用于检测铁磁性试件表面缺陷，另一个为激励线圈外部的远场涡流检测线圈，用于检测试件的表面与深层缺陷，连杆支架将两个部分组合在一起。
3.根据权利要求1所述一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：涡流传感器由同轴检测线圈和远场涡流检测线圈两个部分组成，其中同轴检测线圈用于检测铁磁性试件表面缺陷；远场激励线圈和激励线圈大小相同，两个线圈的轴线横向距离为3倍的线圈直径，激励线圈和检测线圈的底面与铁磁性试件之间保持在10mm的距离。
4.根据权利要求1所述一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：激励线圈选用具有高磁导率的空心圆柱形铁氧体磁芯，在磁芯的外部绕制具有高电导率的紫铜漆包线线圈，绕制线圈的宽度和厚度分别为50mm、20mm，线径为1mm，这样不仅能够产生较强的涡流场，还可以增加对检测试件的磁化程度；远场涡流检测线圈选用的磁芯和激励线圈的磁芯大小相同、结构一样，绕制的线圈线径为0.1mm，绕制厚度为10mm；同轴检测线圈磁芯的高度、直径为激励线圈磁芯的一半，绕制的线圈线径为0.1mm，绕制厚度为5mm，较小的几何尺寸可以提高检测的分辨率。
5.根据权利要求1所述一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：激励线圈外部罩有壁厚为2mm的磁屏蔽罩，磁屏蔽罩与激励线圈之间不发生接触，铁磁性材料的磁屏蔽对磁场能的吸收以及涡流在屏蔽材料发生多次反射和折射造成原始磁场发生衰减，消除直接耦合信号，提高检测的灵敏度。
6.根据权利要求1所述一种基于涡流反射与透射的无损检测方法，其特征在于：把经过锁相放大器模块处理后的检测信号引入PC机，经过编写的信号处理算法处理后用曲线的形式输出，通过对比和分析来对缺陷进行分类识别和定量分析。
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