CN106814131A - 一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法及磁发射检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁磁性平面构件损伤检测领域，特别涉及一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法及磁发射检测系统。本发明的方法包括步骤A.磁发射机构发出磁场，通过磁传感器检测磁场经过构件时产生的磁场强度变化；B.信号处理电路将磁传感器检测到的磁场信号经过处理传入损伤报警终端和信号分析显示终端；C.损伤报警终端进行定性检测，对于超出阈值的信号进行报警；和/或信号分析显示终端进行定量检测，定量分析计算并显示损伤的大小。还对应的提供有磁发射检测系统。本发明解决目前磁性损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，检测效果不理想等问题。
Description
技术领域
本发明涉及铁磁性平面构件损伤检测领域，特别涉及一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法及磁发射检测系统。
背景技术
目前铁磁性构件损伤检测主要采用的方法有：漏磁检测方法，通常对铁磁性构件进行深度饱和励磁，通过检测构件损伤产生的漏磁信号对构件损伤进行定位定量检测，存在的问题是采用永磁励磁机构复杂笨重，需要对不同尺寸和结构的构件设计励磁回路进行励磁。而采用交流励磁的方式往往又需要很大的安匝数。
传统的涡流检测方法，通常由换能器、激励线圈、检测线圈、信号调理电路等组成，检测过程中需要较大的激励信号源，且检测信号获取，分析处理过程较为复杂。磁发射检测是一种将磁场发射到检测构件的表面，通过检测磁发射区域磁场的变化来确定缺陷的有无及缺陷定量检测。不同于传统的漏磁检测施加磁场方向是在构件平面内，磁发射检测施加的磁场方向是垂直于检测表面。
发明内容
本发明提供一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法及磁发射检测系统，旨在解决目前磁性损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，检测效果不理想等问题。
本发明提供一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法包括以下步骤：
A.磁发射机构发出磁场，通过磁传感器检测磁场经过构件时产生的磁场强度变化；
B.信号处理电路将磁传感器检测到的磁场信号经过处理传入损伤报警终端和信号分析显示终端；
C.损伤报警终端进行定性检测，对于超出阈值的信号进行报警；和/或信号分析显示终端进行定量检测，定量分析计算并显示损伤的大小。
作为本发明的定性检测方法，所述步骤C中定性检测包括以下步骤：
S11.确定磁发射检测装置的高度，包括磁发射机构与检测构件距离及磁传感器与检测构件距离，取与检测构件相同材质的构件，制作一个标准伤；
S12.将磁发射检测装置固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S13.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置和构件之间的距离重复步骤S12，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置和构件之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S14.将磁发射检测装置置于构件上方步骤S13记录下的距离处，检测检测构件，如果出现检测信号大于阈值的情况下，损伤报警终端报警，确定存在大于标准伤的损伤。
作为本发明的定量检测方法，所述步骤C中定量检测包括以下步骤：
S21. 确定磁发射检测装置的高度，取与检测构件相同材质的构件，制作一个标准伤；
S22.将磁发射检测装置固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S23.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置和构件之间的距离重复步骤S22，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置和构件之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S24.制作一系列不同尺寸的标准损伤，采用等间隔采样的方式对固定提离高度的标准损伤的测得的信号进行标定；
S25.采用等间隔采样检测检测构件，对于超出阈值的信号结合步骤S24中的标定信号大小，对检测获得的信号进行分析，计算损伤的等效深度和宽度。
作为本发明的铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，所述步骤A包括：
A1.磁传感器检测与检测构件平面平行的任意方向磁场，通过磁发射机构和带有损伤检测构件构成磁路的不平衡性，检测由损伤带来的磁场强度变化。
作为本发明的定量检测方法，所述步骤A包括：
A2.磁传感器检测与检测构件平面法向平行或斜交方向磁场，通过磁发射机构和检测构件的磁场强度变化，进行损伤检测。
本发明还提供一种磁发射检测系统包括
磁发射检测装置，包括发出磁场的磁发射机构和检测磁场强度的磁传感器；
处理磁场信号的信号处理电路；
进行定性检测并报警的损伤报警终端和/或进行显示和定量分析计算损伤大小的信号分析显示终端；
所述磁发射机构和磁传感器通过磁路耦合连接，所述磁发射检测装置连接并输出信号到信号处理电路，所述信号处理电路连接并输出信号到损伤报警终端和/或信号分析显示终端。
作为本发明的一种情况，所述磁传感器由检测线圈或磁检测元件构成，所述检测线圈或磁检测元件位于磁发射机构的下方，检测磁发射机构下方的磁场强度或磁感应强度的变化。
作为本发明的一种情况，所述磁发射机构设有导磁体，所述磁传感器由检测线圈构成，所述检测线圈绕制在导磁体上。
作为本发明的一种情况，所述磁发射机构由以下形式实现：永磁、激励线圈、永磁和激励线圈、永磁和导磁体、导磁体和激励线圈结合的方式。
作为本发明的一种情况，所述磁发射机构由励磁结构组成，所述励磁结构形成磁回路并存在和检测平面垂直方向上的潜在磁路支路。
本发明的有益效果是：本发明为磁发射式检测，不需要对检测构件进行强励磁，造成构件磁化后剩磁较大的问题；检测装置不需要很强的磁场，较漏磁检测检测装置轻便，同时避免了漏磁检测强励磁探头对构件强吸附，难闭合等问题；检测采用非接触式检测，可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；检测方法简单，检测效果理想，检测系统结构简单，成本低廉。
附图说明
图1是本发明一种磁发射检测系统的结构示意图；
图2是本发明中磁发射机构的结构示意图；
图3是本发明磁发射机构的励磁结构的第一示意图；
图4是本发明磁发射机构的励磁结构的第二示意图；
图5是本发明中磁传感器的第一位置示意图；
图6是本发明中磁传感器的第二位置示意图；
图7是本发明磁传感器检测磁场方向与检测构件平面平行时的第一示意图；
图8是本发明磁传感器检测磁场方向与检测构件平面平行时的第二示意图；
图9是本发明磁传感器检测磁场方向与检测构件平面法向平行或斜交时的第一示意图；
图10是本发明磁传感器检测磁场方向与检测构件平面法向平行或斜交时的第二示意图；
图11是本发明中磁敏感元件检测时典型的损伤信号图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
对铁磁性平板构件浅层损伤磁发射无损检测方法是利用磁发射机构11和磁传感器12及相关的检测分析电路来实现对检测构件5的磁性无损检测。
如附图1所示，整个磁发射检测系统包括磁发射检测装置1，包括发出磁场的磁发射机构11和检测磁场强度的磁传感器12；处理磁场信号的信号处理电路2；进行定性检测并报警的损伤报警终端3和/或进行定量分析计算和显示损伤大小的信号分析显示终端4；磁发射机构11和磁感应器12通过磁路耦合连接，磁发射检测装置1连接并输出信号到信号处理电路2，所述信号处理电路2连接并输出信号到损伤报警终端3和/或信号分析显示终端4。
磁发射机构有两种，第一种磁发射机构11主要用于产生和构件平面垂直的磁场，可以用永磁、激励线圈或永磁和激励线圈结合的方式产生和检测构件5平面垂直的磁场，磁场方向可以为磁极进入检测构件，也可以为检测构件5进入磁极。也可结合导磁体增强发射磁场或改善磁场分布，导磁体为高磁导率的材料，形状可以为圆柱(附图2a)、圆锥体、长方体（附图2b）、圆台等，图2为几种典型的第一类磁发射机构，其中11a为磁极，11b为导磁体及11c为激励线圈。
第二类磁发射机构为一种由其他励磁机构产生的隐含磁发射机构11，励磁机构和检测构件形成磁回路后，会产生和检测平面垂直方向上的潜在磁路支路。如附图3和图4所示，由于整个励磁机构和检测构件构成磁回路，在该磁回路中导磁体11b中间位置的磁势和待检测构件5中间位置的磁势不相等，所以存在图中的磁场矢量，故存在潜在的磁路支路，产生和检测构件5平面垂直的磁路支路，存在和检测构件平面垂直的磁场。附图3为以线圈为传感器的磁发射检测装置设计，附图4以磁敏感元件为传感器的磁发射检测装置设计。
磁发射检测系统的磁传感器12可以由检测线圈12a或磁检测元件12b（霍尔元件、磁通门、TMR、磁阻传感器等）构成，其中磁传感器12的位置可以有两种如附图5和图6所示，一种是线圈12a或磁检测元件12b位于磁发射机构11的下方，如附图5，用于检测磁发射机构11下方的磁场强度或磁感应强度的变化；另外一种是如果磁发射回路存在导磁体11b，检测线圈12b绕制在导磁体11b上，检测导磁体11b内磁通的变化，如附图5。
磁发射检测系统磁传感器12的检测磁场的方向，即磁敏感元件的敏感方向或检测线圈的感应磁通变化的方向，可以有以下两种：如图7和图8所示，一种是和检测构件5平面平行的任意方向D1，主要利用磁发射机构11和存在损伤的检测构件5构成磁路的不平衡性进行定性和定量检测；如图9和图10所示，一种是和检测构件5平面法向方向Dn平行D2或斜交D3的检测方向，附图4中磁传感器12位置2实际为和检测构件5平面法向方向平行的一种情况。
本发明对铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法包括以下步骤：
A.磁发射机构11发出磁场，通过磁传感器12检测磁场经过构件时产生的磁场强度变化；
B.信号处理电路2将磁传感器12检测到的磁场信号经过处理传入损伤报警终端3和信号分析显示终端4；
C.损伤报警终端3进行定性检测，对于超出阈值的信号进行报警；和/或信号分析显示终端4进行定量检测，定量分析计算和显示损伤的大小。
损伤报警终端主要是针对定性检测，设计根据磁传感器输出的进行阈值检测，对于超出阈值的信号，即存在损伤进行报警。信号分析显示终端是针对定量检测，对于磁传感器检测的信号进行定量分析来定量计算和显示损伤的大小。
其中步骤A包括两种检测方式，分别为：
A1.磁传感器12检测与检测构件5平面平行的任意方向磁场，通过磁发射机构11和带有损伤的检测构件5构成磁路的不平衡性，检测由损伤带来的磁场强度变化；
A2. 磁传感器12检测与检测构件5平面法向平行或斜交方向磁场，通过磁发射机构11和检测构件5的磁场强度变化，进行损伤检测。
步骤C中定性检测包括以下步骤：
S11.确定磁发射检测装置1的高度，包括磁发射机构11与检测构件5距离及磁传感器12与检测构件5距离，取与检测构件5相同材质的构件，制作一个标准伤；
S12.将磁发射检测装置1固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S13.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置1和检测构件5之间的距离重复步骤S12，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置1和检测构件5之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S14.将磁发射检测装置置于构件上方步骤S13记录下的距离处，检测检测构件，如果出现检测信号大于阈值的情况下，损伤报警终端3报警，确定存在大于标准伤的损伤。
步骤C中定量检测包括以下步骤：
S21.确定磁发射检测装置1的高度，包括磁发射机构11与检测构件5距离及磁传感器12与检测构件5距离，取与检测构件5相同材质的构件，制作一个标准伤；
S22.将磁发射检测装置1固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S23.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置1和检测构件5之间的距离重复步骤S22，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置1和检测构件5之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S24.制作一系列不同尺寸的标准损伤，采用等间隔采样的方式对固定提离高度的标准损伤的测得的信号进行标定；
S25.采用等间隔采样检测检测构件，对于超出阈值的信号结合步骤S24中的标定信号大小，对检测获得的信号进行分析，计算损伤的等效深度和宽度。
如附图11所示，磁敏感元件检测时，采用附图4的传感器位置1，附图5的敏感方向类型，检测得到缺陷为长度为6.86mm，深度为1.2mm的矩形槽的典型损伤信号。
有益效果：
1） 检测原理为磁发射式检测，不需要对检测构件进行强励磁，造成构件磁化后剩磁较大的问题；
2） 检测装置不需要很强的磁场，较漏磁检测检测装置轻便，同时避免了漏磁检测强励磁探头对构件强吸附，难闭合等问题；
3） 检测采用非接触式检测，可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；
4） 检测系统结构简单，成本低廉；
5） 检测系统可以采用多个磁传感器单元组成阵列式检测装置对检测构件平面进行二维扫描；
6） 检测系统可以设计为以磁发射机构为单元的组合探头，对于不同尺寸和结构的构件进行拼合，可以避免像漏磁检测一样需要对不同尺寸的构件重新设计检测探头的缺点。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.磁发射机构（11）发出磁场，通过磁传感器（12）检测磁场经过构件时产生的磁场强度变化；
B.信号处理电路（2）将磁传感器（12）检测到的磁场信号经过处理传入损伤报警终端（3）和信号分析显示终端（4）；
C.损伤报警终端（3）进行定性检测，对于超出阈值的信号进行报警；和/或信号分析显示终端（4）进行定量检测，定量分析计算并显示损伤（6）的大小。
2.根据权利要求1所述的铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，其特征在于，所述步骤C中定性检测包括以下步骤：
S11.确定磁发射检测装置（1）的高度，包括磁发射机构（11）与构件（5）距离及磁传感器（12）与构件（5）距离，取与检测构件（5）相同材质的构件，制作一个标准伤；
S12.将磁发射检测装置（1）固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S13.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置（1）和检测构件（5）之间的距离重复步骤S12，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置（1）和检测构件（5）之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S14.将磁发射检测装置置于构件上方步骤S13记录下的距离处，检测检测构件，如果出现检测信号大于阈值的情况下，损伤报警终端（3）报警，确定存在大于标准伤的损伤。
3.根据权利要求1所述的铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，其特征在于，所述步骤C中定量检测包括以下步骤：
S21.确定磁发射检测装置（1）的高度，包括磁发射机构（11）与构件（5）距离及磁传感器（12）与构件（5）距离，取与检测构件（5）相同材质的构件，制作一个标准伤；
S22.将磁发射检测装置（1）固定在距离标准伤构件一定高度的位置，采用线扫描的方式对标准伤进行检测，获取标准伤的缺陷信号；
S23.对标准伤获取的缺陷信号信噪比进行分析，如果信噪比过低，减小磁发射检测装置（1）和检测构件（5）之间的距离重复步骤S22，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下磁发射检测装置（1）和检测构件（5）之间的距离以及标准伤缺陷信号的大小作为损伤判定的阈值；
S24.制作一系列不同尺寸的标准损伤，采用等间隔采样的方式对固定提离高度的标准损伤的测得的信号进行标定；
S25.采用等间隔采样检测检测构件，对于超出阈值的信号结合步骤S24中的标定信号大小，对检测获得的信号进行分析，计算损伤的等效深度和宽度。
4.根据权利要求1所述的铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，其特征在于，所述步骤A包括：
A1.磁传感器（12）检测与检测构件（5）平面平行的任意方向磁场，通过磁发射机构（11）和带有损伤的检测构件（5）构成磁路的不平衡性，检测由损伤带来的磁场强度变化。
5.根据权利要求1所述的铁磁平面构件浅层损伤磁发射检测方法，其特征在于，所述步骤A包括：
A2. 磁传感器（12）检测与检测构件（5）平面法向平行或斜交方向磁场，通过磁发射机构（11）和检测构件（5）的磁场强度变化，进行损伤检测。
6.一种磁发射检测系统，其特征在于，包括
磁发射检测装置（1），包括发出磁场的磁发射机构（11）和检测磁场强度的磁传感器（12）；
处理磁场信号的信号处理电路（2）；
进行定性检测并报警的损伤报警终端（3）和/或进行定量分析计算损伤大小的信号分析显示终端（4）；
所述磁发射机构（11）和磁传感器（12）通过磁路耦合连接，所述磁发射检测装置（1）连接并输出信号到信号处理电路（2），所述信号处理电路（2）连接并输出信号到损伤报警终端（3）和/或信号分析显示终端（4）。
7.根据权利要求6所述的磁发射检测系统，其特征在于，所述磁传感器（12）由检测线圈或磁检测元件构成，所述检测线圈或磁检测元件位于磁发射机构（11）的下方，检测磁发射机构（11）下方的磁场强度或磁感应强度的变化。
8.根据权利要求6所述的磁发射检测系统，其特征在于，所述磁发射机构（11）设有导磁体，所述磁传感器（12）由检测线圈构成，所述检测线圈绕制在导磁体上。
9.根据权利要求6所述的磁发射检测系统，其特征在于，所述磁发射机构（11）由以下形式实现：永磁、激励线圈、永磁和激励线圈、永磁和导磁体、导磁体和激励线圈结合的方式。
10.根据权利要求6所述的磁发射检测系统，其特征在于，所述磁发射机构（11）由励磁结构组成，所述励磁结构形成磁回路并存在和检测平面垂直方向上的潜在磁路支路。
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