CN107037121A - 基于垂直交替激励的gmr检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于垂直交替激励的GMR检测装置及方法，所述装置包括矩形激励线圈、小板组和检测板，所述小板组包括多个竖直放置的GMR小板和一个底托，多个所述GMR小板垂直固定在底托上，所述GMR小板中设有GMR传感器，所述检测板中设置有分别与每个GMR传感器依次连接的放大电路和滤波电路,所述矩形激励线圈底部的上表面贴有位置卡，所述GMR小板组竖直放置在位置卡上表面，所述检测板置于矩形激励线圈外部。本发明有益效果：有效提高裂纹检测灵敏度、检测精度和检测速度，结构简单、操作方便。
Description
技术领域
本发明属于电涡流无损检测领域，尤其是涉及一种基于垂直交替激励的GMR(Giant Magneto Resistive，巨磁阻)检测装置及方法。
背景技术
存在于被测材料表面或深层的裂纹的检测是电涡流无损检测的一个重要的应用方面，检测的精度不仅取决于激励水平和检测单元的灵敏度，也取决于检测试件中电涡流与裂纹之间的夹角。因激励方向与缺陷之间的夹角是未知的，单一方向激励不一定能达到最高的检测灵敏度，最优的检测方向也不能预先配置。
同时，传统的沿线扫描耗时较长，扫描步长影响裂纹区域的磁感应强度的检测精度，且为避免扫描过程中改变磁感应强度传感器的提离距离，需要利用电机控制操作平台进行沿线扫描，不利于现场的裂纹检测。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于垂直交替激励的GMR检测装置及方法，采用垂直交替的激励方式以提高被测材料表面或深层的裂纹的检测灵敏度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
基于垂直交替激励的GMR检测装置，包括矩形激励线圈、小板组和检测板，所述小板组包括多个竖直放置的GMR小板和一个底托，多个所述GMR小板垂直固定在底托上，所述GMR小板中设有GMR传感器，所述检测板中设置有分别与每个GMR传感器依次连接的放大电路和滤波电路,所述矩形激励线圈底部的上表面贴有位置卡，所述GMR小板组竖直放置在位置卡上表面，所述检测板置于矩形激励线圈外部。
进一步的，多个所述GMR小板之间在列向上平行放置。
进一步的，所述GMR小板个数为4个。
进一步的，所述矩形激励线圈边长等长。
进一步的，所述放大电路包括低功率仪表放大器。
进一步的，所述滤波电路包括电压反馈型放大器。
进一步的，所述位置卡上标有矩形矩阵的检测位置。
根据上述GMR检测装置，还提出一种基于GMR检测装置的检测方法，包括以下步骤：
A.将矩形激励线圈放置于被测件的裂纹上方，且矩形激励线圈底部紧贴被测件；
B.在一个激励方向上，提取完成4路GMR输出信号；
C.在每次提取完成4路GMR输出信号之后，GMR小板组改变一次监测位置，直至完成一个激励方向下的一组8*8GMR检测阵列的数据提取；
D.改变激励方向，在垂直于步骤B中选定的激励方向上，完成第二组GMR检测阵列的数据提取；
E.最后对两组检测数据进行分析融合，以分析裂纹的方向和尺寸信息。
进一步的，所述被测件和矩形激励线圈的位置固定不变。
相对于现有技术，本发明所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置及方法具有以下优势：
(1)本发明所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置及方法采用垂直交替的激励方式能够提高未知方向裂纹的检测灵敏度。
(2)本发明所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置及方法采用非扫描的固定检测方式可缩短检测时间，无需电机控制操作平台，实现现场快速裂纹检测。
(3)本发明所述的GMR小板组能够提高检测精度，减小磁感应强度传感器的体积。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的GMR小板组与位置卡结合的俯视图；
图2为本发明实施例所述的GMR小板和检测板内与此GMR小板连接的电路图；
图3为本发明实施例所述的缺陷方向示意图；
图4为1号缺陷与x轴夹角90°时的GMR检测数据融合色阶图；
图5为3号缺陷与x轴夹角90°时的GMR检测数据融合色阶图；
图6为5号缺陷与x轴夹角90°时的GMR检测数据融合色阶图；
图7为1号缺陷与x轴夹角45°时的GMR检测数据融合色阶图；
图8为1号缺陷与x轴夹角30°时的GMR检测数据融合色阶图；
图9为3号缺陷与x轴夹角45°时的GMR检测数据融合色阶图；
图10为3号缺陷与x轴夹角30°时的GMR检测数据融合色阶图。
附图标记说明：
A-GMR小板；B-底托；C-位置卡。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，基于垂直交替激励的GMR检测装置，包括矩形激励线圈、小板组和检测板，所述小板组包括多个竖直放置的GMR小板A和一个底托B，多个所述GMR小板A垂直固定在底托B上，所述GMR小板中设有GMR传感器，所述检测板中设置有分别与每个GMR传感器依次连接的放大电路和滤波电路,将电路中GMR传感器的电路部分单独提取出来，这是为了尽量减小提离距离、灵活放置GMR；所述矩形激励线圈底部的上表面贴有位置卡，所述GMR小板组竖直放置在位置卡上表面，所述检测板置于矩形激励线圈外部。
多个所述GMR小板之间在列向上平行放置。
所述GMR小板个数为4个。
所述矩形激励线圈边长等长，这就避免了线圈长宽对分析垂直交替激励方式造成的影响，本实施例中，所述矩形激励线圈参数如表1所示。
表1矩形激励线圈参数
所述放大电路包括低功率仪表放大器，在本实施例中用到的具体型号为INA118。
所述滤波电路包括电压反馈型放大器，在本实施例中用到的具体型号为AD8055。
所述位置卡C上标有1至16号检测位置，这些检测位置以2*8的矩阵形式标定，本实施例中，首先将GMR小板组竖直放置在第15号检测位置的列向上。
为尽量减小提离距离，避免产生磁效应，底托B和位置卡C均使用薄硬纸板。
根据上述基于垂直交替激励的GMR检测装置，还提出一种检测方法，包括以下步骤：
A.将矩形激励线圈放置于被测件的裂纹上方，且矩形激励线圈底部紧贴被测件以提高裂纹区域的激励强度并减小提离距离；
B.在一个激励方向上，提取完成4路GMR输出信号；
C.在每次提取完成4路GMR输出信号之后，GMR小板组改变一次监测位置，直至完成一个激励方向下的一组8*8GMR检测阵列的数据提取；
D.改变激励方向，在垂直于步骤B中选定的激励方向上，完成第二组GMR检测阵列的数据提取；
E.最后对两组检测数据进行分析融合，以分析裂纹的方向和尺寸信息。
整个检测实验过程中所述被测件和矩形激励线圈的位置固定不变。
垂直交替激励方式，是以被测件为平面，激励电流先沿平面上的某个方向对试件进行激励，待提取完成稳定的磁感应强度数据之后，改变激励方向，使激励电流垂直于原激励电流方向，再次提取磁感应强度数据之后，完成一次完整的激励过程。在裂纹监测的过程当中，由于需要监测裂纹的整个萌发和扩展过程，监测系统需要对被测试件进行连续不间断的监测，因此激励源要完成多次的完整激励过程。随时间推移，系统采集多组完整激励过程的检测数据，经数据分析对比实现对裂纹位置、尺寸以及扩展情况的判断。
由于检测实验中需要提取垂直方向的磁感应强度，GMR的敏感轴方向需沿垂直方向，因此需要将GMR小板组竖直放置于激励线圈内部。
本实施例中，用铝板作为被测件，其尺寸为300*235*5mm，以铝板上存在的矩形缺陷代替裂纹作为监测研究对象，铝板上共有八个矩形缺陷，其具体尺寸见表2。
表2缺陷尺寸表
如图3所示，转动铝板，使缺陷与x轴夹角分别为90°、45°和30°，线圈底面激励电流分别沿x轴和y轴方向进行两次激励。绘制缺陷与x轴夹角为90°、45°和30°时1号、3号和5号缺陷的8*8GMR检测数据融合色阶图，色阶图的阶数为30，如图4至图10所示，图中黑色粗线表示实际缺陷。
由GMR检测数据融合色阶图可看出缺陷的外侧轮廓，由于GMR检测数据融合色阶图包含了两个激励方向的数据信息，可由其同时估计缺陷的长度和位置。融合后的色阶图可以显示出缺陷的方向和缺陷长边两端的边界，从而能够估计判断缺陷的方向和长度。通过对两个激励方向下的GMR检测信号进行数据融合，可以综合两个激励方向的缺陷信息，更有利于分析缺陷的位置和尺寸。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：包括矩形激励线圈、小板组和检测板，所述小板组包括多个竖直放置的GMR小板和一个底托，多个所述GMR小板垂直固定在底托上，所述GMR小板中设有GMR传感器，所述检测板中设置有分别与每个GMR传感器依次连接的放大电路和滤波电路,所述矩形激励线圈底部的上表面贴有位置卡，所述GMR小板组竖直放置在位置卡上表面，所述检测板置于矩形激励线圈外部。
2.根据权利要求1所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：多个所述GMR小板之间在列向上平行放置。
3.根据权利要求1或2所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：所述GMR小板个数为4个。
4.根据权利要求1所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：所述矩形激励线圈边长等长。
5.根据权利要求1所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：所述放大电路包括低功率仪表放大器。
6.根据权利要求1所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：所述滤波电路包括电压反馈型放大器。
7.根据权利要求1所述的基于垂直交替激励的GMR检测装置，其特征在于：所述位置卡上标有矩形矩阵的检测位置。
8.基于垂直交替激励的GMR检测方法，包括以下步骤：
A.将矩形激励线圈放置于被测件的裂纹上方，且矩形激励线圈底部紧贴被测件；
B.在一个激励方向上，提取完成4路GMR输出信号；
C.在每次提取完成4路GMR输出信号之后，GMR小板组改变一次监测位置，直至完成一个激励方向下的一组8*8GMR检测阵列的数据提取；
D.改变激励方向，在垂直于步骤B中选定的激励方向上，完成第二组GMR检测阵列的数据提取；
E.最后对两组检测数据进行分析融合，以分析裂纹的方向和尺寸信息。
9.根据权利要求8所述的基于垂直交替激励的GMR检测方法，其特征在于：所述被测件和矩形激励线圈的位置固定不变。
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