CN107576720A - 铁磁细长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
本发明属于材料检测技术领域，特别涉及一种对铁磁性细长构件(杆件、管道、钢丝绳等)浅层损伤无损检测方法及磁发射检测系统，可实现对铁磁性细长构件损伤的非接触扫描检测，特别涉及对杆件、管道的腐蚀坑、孔洞、磨损及裂纹及钢丝绳的表面及浅层断丝、磨损、锈蚀及结构形变等损伤的简便磁发射检测方法及磁发射检测系统。本发明克服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
本发明属于材料检测技术领域，特别涉及一种对铁磁性细长构件(杆件、管道、钢丝绳等)浅层损伤无损检测方法及检测系统，可实现对铁磁性细长构件损伤的非接触扫描检测，特别涉及对杆件、管道的腐蚀坑、孔洞、磨损及裂纹及钢丝绳的表面及浅层断丝、磨损、锈蚀及结构形变等损伤的简便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。
例如CN106814131A提供了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。但其仅对平面构件进行了设计，其检测装置难以适用于细长构件。
CN102053116A一种多层套管损伤磁法检测方法，方法步骤为：经地磁场磁化后多层套管的所具有的磁性为励磁源，多层套管为检测对象，磁矢量传感器为测量装置，当地磁场对多层套管磁化后，采用磁场强度的分辨率为0.2nT的磁矢量传感器，测量出多层套管内部的磁场强度和衰减量，同时对检测得到的数据进行二维曲线绘制，根据绘制出的曲线对多层套管质量进行检测。本发明的优点是：所述的检测深度不受材料的厚度限制。检测时不受套管厚度限制，检测时无需耦合剂、无需人工磁化、检测深度不受材料厚度限制。但该方法存在缺点是检测时受周边环境影响大，受地磁分布因素套管磁化状态难以固定检测结果难以复现，传感器和检测构件距离小且保持要两者距离稳定，所以该发明对环境和检测条件要求严苛，难以在本发明的应用环境下应用。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种铁磁细长构件浅层损伤磁发射检测方法及磁发射检测系统，旨在解决目前细长构件磁性损伤检测中，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。
本发明首先提供一种铁磁细长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，由导磁体改变磁场方向及分布，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中定性检测优选包括以下步骤：
S11.根据采用励磁方式和导磁体尺寸制作测试单元，测试单元为磁发射检测装置的部分或整体；
S12.确定测试单元的高度，包括导磁体与构件距离及磁传感器与构件距离，取与检测构件相同材质的构件，制作一个标准伤；
S13.将测试单元固定在距离标准伤构件一定高度的位置，沿细长构件轴向方向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；
S14.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，减小测试单元和检测构件之间的距离，包括测试单元导磁体距离检测构件表面的距离和传感器距离检测构件表面的距离，重复步骤S13，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下测试单元和检测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；
S15.根据S14中的距离制作磁发射检测装置，检测检测构件，传感器采用多路阵列形式，如果有一路或多路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中定量检测优选包括以下步骤：
S21.同上述2定性检测S11过程；
S22.同上述2定性检测S12过程；
S23.同上述2定性检测S13过程；
S24.同上述2定性检测S14过程；
S25.根据S14中的距离制作磁发射检测装置,制作一系列不同尺寸的标准损伤，传感器采用多路阵列形式，采用等间隔采样的方式轴向线扫描检测标准损伤，记录测得的信号作为标定信号；
S26.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S25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。
本发明还提供一种应用于前述检测方法的磁发射检测系统，包括：
磁发射检测装置，包括发出磁场的磁发射机构、改善磁场分布和方向的导磁体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、导磁体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。
所述磁发射检测装置，磁场方向可以为磁发射检测装置进入检测构件，也可以为检测构件进入磁发射检测装置。
作为本发明的一种实施方案，所述磁发射检测装置中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。
作为本发明的一种实施方案，所述磁发射检测装置中导磁体有高磁导率的导磁材料构成，形状为环形，径向剖面形状可根据需求设计。
作为本发明的一种实施方案，所述磁发射检测装置中磁传感器由检测线圈或磁检测元件构成，所述检测线圈可以为单一检测线圈，也可以为检测线圈绕制在导磁体上。所述磁检测元件可以为霍尔元件、磁通门、磁隧道传感器、磁阻传感器等磁敏感元件。
作为本发明的一种实施方案，所述磁传感器利用磁发射机构和检测细长构件构成磁路磁场强度变化，检测沿检测细长构件直径方向磁场变化进行定性和定量检测。
作为本发明的一种实施方案，所述磁传感器利用磁发射机构和检测细长构件构成磁路的不平衡性，检测构件轴向或圆周表面平行或斜交的方向的磁场变化进行定性和定量检测。
所述整个铁磁性细长构件浅层损伤优选杆件、管道的腐蚀坑、孔洞、磨损及裂纹及钢丝绳的表面及浅层断丝、磨损、锈蚀及结构形变等损伤。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
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；
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，难闭合的问题；
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；
以上几点主要克服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。
附图说明
图1为磁发射检测系统，整个检测系统包括：由磁发射机构11和导磁体12和磁传感器13组成的磁发射检测装置1、信号处理电路2、显示报警3或信号分析显示终端4组成，部件5是待检测细长构件，6为待测细长构件上损伤。
图2为步骤S11中测试单元7，为部分或整体磁发射检测装置1，包括磁发射机构11和导磁体12和磁传感器13。
图3为几种典型的磁发射机构11，其中，图3(a)为单个圆柱形磁极，图3(b)为单个方形磁极，图3(c)为单个圆环磁极，图3(d)为单个扇形磁极，图3(e)为激励线圈和方形导磁体组合，图3(f)为激励线圈和圆柱导磁体组合，图3(g)为激励线圈和扇形导磁体组合结构。
图4为磁发射检测装置导磁体12，图4(a)为一种圆环导磁体，径向剖面为矩形，图4(b)为一种圆环导磁体，径向剖面为三角形，图4(c)为一种导磁体，在图4(b)的基础上进行楔形切割。
图5为磁发射检测装置的传感器方向，图5(a)为磁检测元件的敏感方向沿细长构件的直径方向，图5(b)为检测线圈的磁通变化方向沿细长构件的轴向或圆周表面平行或斜交方向。
图6为检测信号示意图，其中，图6(a)典型管道损伤检测信号示意图，图6(b)典型钢丝绳断丝检测信号。
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。但本发明不局限于此。
实施例1
如附图1和2所示，整个铁磁性细长构件浅层损伤磁发射无损检测系统包括：磁发射检测装置1，包括发出磁场的磁发射机构11、导磁体12和检测磁场强度的磁传感器13；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、导磁体12和磁感应器13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11可以用永磁(如附图3(a)-(d))、激励线圈或永磁和激励线圈(如附图3(e)、(f)和(g))结合的方式产生沿着检测构件5直径方向的磁场。磁场方向可以为磁发射检测装置1进入检测细长构件5，也可以为检测构件5进入磁发射检测装置1。导磁体12为高磁导率的导磁材料，形状为环形结构纵向截面可以为方形(如附图4(a))、三角形(如附图4(b))，也可以根据磁极分布进行楔形切割(如附图4(c))。
磁发射检测系统的磁传感器13可以由检测线圈(附图5(b)中13b)或磁检测元件(附图5(a)中13a，为霍尔元件、磁通门、磁隧道传感器、磁阻传感器等)构成，磁发射检测系统磁传感器13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：一种是如附图5(a)中，沿检测细长构件直径方向D1；另一种是如附图5(b)中沿细长构件的轴向D2或圆周表面平行D3或斜交方向。
对铁磁性细长构件浅层损伤磁发射无损检测方法是利用磁发射机构11、导磁体12和磁传感器13及相关的检测分析电路来实现对检测细长构件5的磁性无损检测。
实施例2
采用实施例1的检测系统对铁磁细长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，由导磁体12改变磁场方向及分布，通过磁传感器13检测磁场经过构件5时产生的磁场强度变化；
B.信号处理电路2将磁传感器13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。
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C中定性检测包括以下步骤：
S11.根据采用励磁方式和导磁体尺寸制作测试单元7，测试单元为磁发射检测装置1的部分或整体；
S12.确定测试单元7的高度，包括导磁体12与构件5距离及磁传感器13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；
S13.将测试单元7固定在距离标准伤构件一定高度的位置，沿细长构件轴向方向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；
S14.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，减小测试单元7和检测构件5之间的距离包括测试单元导磁体12距离检测构件5表面的距离和传感器13距离检测构件5表面的距离重复步骤S13，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下测试单元7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；
S15.根据S14中的距离制作磁发射检测装置1，检测检测构件5，传感器采用多路阵列形式，如果有一路或多路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.同上述2定性检测S11过程；
S22.同上述2定性检测S12过程；
S23.同上述2定性检测S13过程；
S24.同上述2定性检测S14过程；
S25.根据S14中的距离制作磁发射检测装置1,制作一系列不同尺寸的标准损伤，传感器采用多路阵列形式，采用等间隔采样的方式轴向线扫描检测标准损伤，记录测得的信号作为标定信号；
S26.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S25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6所示，磁发射机构如附图3(b)，导磁体如附图4(b)，传感器为霍尔传感器，磁敏感方向为沿细长构件轴向，检测细长构件磁场信号。附图6(a)中为典型管道损伤检测信号，附图6(b)中为典型钢丝绳断丝检测信号。
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；
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，难闭合的问题；
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；
以上几点主要克服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。
如以下详细说明：如传统漏磁检测方法需要对检测构件励磁饱和造成装置设备庞大笨重。以直径为30-40mm的钢丝绳检测设备为例，采用传统的漏磁检测方法，其探头的重量一般在20-30kg，而采用本发明的检测装置重量为100-300g。对于漏磁检测而言。在检测系统和数据处理上，传统漏磁方法一般需要获取多路信号数据在上位机上进行复杂计算才能有准确的检测结果，本文提出方法对于定性检测，仅需阈值比较用简单的电路即可实现，而定量检测需要运算单元，DSP即可完成计算。
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 (9)
1.一种铁磁性细长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，由导磁体(12)改变磁场方向及分布，通过磁传感器(13)检测磁场经过构件(5)时产生的磁场强度变化；
B.信号处理电路(2)将磁传感器(13)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所述的铁磁细长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.根据采用励磁方式和导磁体尺寸制作测试单元(7)，测试单元为磁发射检测装置(1)的部分或整体；
S12.确定测试单元(7)的高度，包括导磁体(12)与构件(5)距离及磁传感器(13)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；
S13.将测试单元(7)固定在距离标准伤构件一定高度的位置，沿细长构件轴向方向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；
S14.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，减小测试单元(7)和检测构件(5)之间的距离(包括测试单元导磁体(12)距离检测构件(5)表面的距离和传感器(13)距离检测构件(5)表面的距离)重复步骤S13，直至缺陷信号的信噪比合适，记录下测试单元(7)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；
S15.根据S14中的距离制作磁发射检测装置(1)，检测检测构件(5)，传感器采用多路阵列形式，如果有一路或多路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所述的铁磁细长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.同上述权利要求2定性检测S11过程；
S22.同上述权利要求2定性检测S12过程；
S23.同上述权利要求2定性检测S13过程；
S24.同上述权利要求2定性检测S14过程；
S25.根据S14中的距离制作磁发射检测装置(1),制作一系列不同尺寸的标准损伤，传感器采用多路阵列形式，采用等间隔采样的方式轴向线扫描检测标准损伤，记录测得的信号作为标定信号；
S26.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S25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。
4.一种铁磁性细长构件浅层损伤磁发射无损检测系统，应用于权利要求1-3任一项所述的铁磁细长构件浅层损伤磁发射检测方法，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)、改善磁场分布和方向的导磁体(12)和检测磁场强度的磁传感器(13)；
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)、导磁体(12)和磁传感器(13)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)。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述磁发射检测装置(1)中，磁场方向可以为磁发射检测装置(1)进入检测构件(5)，也可以为检测构件(5)进入磁发射检测装置(1)。
6.根据权利要求4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。
7.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述导磁体(12)为高磁导率的导磁材料。
8.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，磁发射检测系统的磁传感器(13)可以由检测线圈或磁检测元件构成，所述磁检测元件可以为霍尔元件、磁通门、磁隧道传感器、磁阻传感器等磁敏感元件。
9.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，磁传感器(13)的检测磁场的方向，可以有以下两种：一是沿检测细长构件直径方向，主要利用磁发射机构和检测细长构件构成磁路磁场强度变化进行定性和定量检测；另一种是和检测构件轴向或圆周表面平行或斜交的检测方向，主要利用磁发射机构和检测细长构件构成磁路的不平衡性进行定性和定量检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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