CN108562640B - 一种漏磁信号增强结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漏磁信号增强结构，包括：磁芯、磁敏传感器和铁氧体；铁氧体安装在磁敏传感器上方，铁氧体安装在磁芯下方正中处，磁敏传感器的下表面与磁芯下表面平齐；磁敏传感器的输出进行高通滤波后得到增强的信号。本发明的有益效果为：有效增加漏磁检测中漏磁信号的强度，在磁芯和磁敏传感器与被测工件的提离不变或提离低频变化时，可以增加缺陷信号的信噪比，适用于低速铁磁性材料表面缺陷的检测。

Description

一种漏磁信号增强结构
技术领域
本发明涉及漏磁检测技术领域，尤其是一种漏磁信号增强结构。
背景技术
无损检测是利用材料内部结构的异常和缺陷的存在所引起的对热、声、电、光、磁等反应的变化，评价结构的异常和缺陷，即在不损伤被检测工件、材料等的情况下检测其内部结构、物理性能或状态是否存在裂纹、夹杂等缺陷的新兴学科。漏磁无损检测法可以检测铁磁性材料工件表面及内部的裂纹，并且具备检测灵敏度高、速度快、对工件表面清洁度要求不高、成本低、操作简单等优点，被广泛应用在铁磁材料，如钢轨、钢管等设备的无损检测中。当工件表面或内部的裂纹很小时，漏磁信号也会很小，不利于测量。为了实现小裂纹的检测，需要设法提高漏磁信号的强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种漏磁信号增强结构，能够在一定程度上提高铁磁性工件表面或内部裂纹造成的漏磁信号的强度，从而实现小裂纹检测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种漏磁信号增强结构，包括：磁芯、磁敏传感器和铁氧体；铁氧体安装在磁敏传感器上方，铁氧体安装在磁芯下方正中处，磁敏传感器的下表面与磁芯下表面平齐；磁敏传感器的输出进行高通滤波后得到增强的信号。
优选的，铁氧体的宽度l1应等于磁芯宽度l4。
优选的，铁氧体的横截面边长
Figure BDA0001611936840000011
式中
Figure BDA0001611936840000012
l0为系统应检出表面缺陷的最小宽度，l′0为系统应检出表面缺陷的最小深度，l4为磁芯宽度，l5为磁芯的长度，l6为磁芯的高度，单位都为mm；巡检时，传感器与被测样件的最大相对速度为v，单位为mm/s，磁芯到被测样件的距离称为提离，巡检时由于磁芯和传感器的振动，提离会发生变化，设提离的最大最小值分别为lmax、lmin，单位为mm，传感器振动造成提离变化的最高频率为f，单位为Hz。
优选的，铁氧体的横截面边长
Figure BDA0001611936840000013
式中
Figure BDA0001611936840000021
优选的，磁敏传感器的中心到铁氧体边角的距离为
Figure BDA0001611936840000022
优选的，磁敏传感器的输出进行高通滤波的截止频率
Figure BDA0001611936840000023
优选的，铁氧体材料的初始磁导率应不小于被测铁磁性材料的初始磁导率，最大磁导率应不小于被测铁磁性材料的最大磁导率。
本发明的有益效果为：有效增加漏磁检测中漏磁信号的强度，在磁芯和磁敏传感器与被测工件的提离不变或提离低频变化时，可以增加缺陷信号的信噪比，适用于低速铁磁性材料表面缺陷的检测。
附图说明
图1为本发明的漏磁检测原理示意图。
图2为本发明的铁氧体安装位置示意图。
图3为本发明的铁氧体尺寸示意图。
图4为本发明的磁敏传感器安装位置示意图。
具体实施方式
一种漏磁信号增强结构，包括：磁芯、磁敏传感器和铁氧体；铁氧体安装在磁敏传感器上方，铁氧体安装在磁芯下方正中处，磁敏传感器的下表面与磁芯下表面平齐；磁敏传感器的输出进行高通滤波后得到增强的信号。
漏磁检测原理如图1所示，当激励线圈中有电流通过时，被测样件内部形成磁回路，该磁回路的磁力线在试件内部均匀分布其平行于被测样件表面。缺陷位于被测样件表面，由于缺陷内部为空气或其他磁导率较低、磁阻较高的物质，所以原本呈均匀分布的电磁场将会变化，一部分磁力线将绕过磁阻较高的缺陷部分工件，泄漏的缺陷上方的空气中，这部分泄漏到空气中的电磁场即为漏磁场，通过磁敏传感器，可将漏磁信号转化为电信号，通过后续数据的处理和分析识别缺陷。磁芯到样件的距离称为提离，当磁芯移动时，提离可能会发生变化，从而改变磁敏传感器位置上的漏磁场，不利于缺陷检测。
由于空气的磁导率较低，所以与被测样件内部磁场比，漏磁场一般较小，尤其是缺陷较小时漏磁信号也会很小，不利于测量。为了增加漏磁场的磁感应强度，可以在磁敏传感器上方安装铁氧体，如图2、图3和图4所示。铁氧体应为长方体，其横截面为矩形。铁氧体可以减少被测样件上方磁回路的磁阻，增加漏磁信号。由于铁氧体边角附件的漏磁场较强，磁敏传感器应安装在氧体边角处。铁氧体的安装位置应在磁芯下方正中，保证磁敏传感器的下表面与磁芯下表面平齐。
铁氧体的大小由磁芯的大小与缺陷的大小决定。设l0为系统应检出表面缺陷的最小宽度，l＇0为系统应检出表面缺陷的最小深度，l1是铁氧体的宽度，l2、l3是铁氧体横截面的边长，l4为磁芯宽度，l5为磁芯的长度，l6为磁芯的高度，l7是磁敏传感器到铁氧体边角的距离，单位都为mm；巡检时，传感器与被测样件的最大相对速度为v，单位为mm/s，磁芯到被测样件的距离称为提离，巡检时由于磁芯和传感器的振动，提离会发生变化，设提离的最大最小值分别为lmax、lmin，单位为mm，传感器振动造成提离变化的最高频率为f，单位为Hz。
一般来说，相对于磁芯的尺寸，铁氧体横截面积越大，缺陷处的漏磁信号的强度越大，但是没有缺陷处的信号强度也会越大，这会干扰缺陷的判断，为了获得较好的检出率，应该根据磁芯的尺寸计算适当的铁氧体横截面积。铁氧体横截面积越大，提离发生变化时磁敏传感器的输出信号变化的幅度会变大，使后续处理时难以从提离变化造成的干扰信号中分辨出缺陷信号，容易造成误判。由于提离变化越快，越不容易从干扰信号中分辨出缺陷信号，所以在提离变化快的场合，应适当减少铁氧体体积以减少提离变化带来的噪声。同时，缺陷的宽度、深度越小，漏磁信号越弱，当需要检出小宽度、小深度缺陷时，应增加铁氧体横截面积。根据理论推导、仿真和实物测试，确定铁氧体横截面的边长计算式如下。
如图3所示，铁氧体的宽度l1应等于磁芯宽度l4；铁氧体的横截面边长l2＝
Figure BDA0001611936840000031
式中
Figure BDA0001611936840000032
从式中可见，磁芯的尺寸越大，l2越大以增加信号强度；提离变化的频率、幅度越大，l2越小以减少干扰；缺陷宽度越小，l2越大以增强漏磁信号。并根据应检出表面缺陷的最小宽度确定l2的最小值；根据磁芯长度确定l2的最大值。
铁氧体的横截面边长
Figure BDA0001611936840000033
式中
Figure BDA0001611936840000034
从式中可见，磁芯的尺寸越大，l3越大以增加信号强度；提离变化的频率、幅度越大，l3越小以减少干扰；缺陷宽度、深度越小，l3越大以增强漏磁信号。并根据应检出表面缺陷的最小宽度确定l3的最小值；根据磁芯高度确定l3的最大值。
越靠近铁氧体边角(即l7越小)，漏磁场越大，但是提离变化时干扰越大，需要在增大漏磁场和减少干扰中权衡。根据理论推导、仿真和实物测试，磁敏传感器的中心到铁氧体边角的距离为
Figure BDA0001611936840000041
如铁氧体导磁性较差，则大部分磁力线还是会从被测铁磁性材料内部通过，达不到信号增强的目的，所以铁氧体材料的初始磁导率应不小于被测铁磁性材料的初始磁导率、最大磁导率应不小于被测铁磁性材料的最大磁导率。
为抑制提离影响，磁敏传感器得输出应进行高通滤波，其截止频率应大于
Figure BDA0001611936840000042
而小于缺陷信号最小频率。当提离最大变化频率大于缺陷信号最小频率时，不适用本方法。
本发明用于手推式钢轨顶面裂纹巡检。工作时通过激励电源给U型磁芯上的线圈施加激励，产生磁场对钢轨进行局部磁化，由磁敏传感器检测钢轨表面磁场变化情况，获取漏磁场信号，传输给计算机系统进行分析处理。系统应检出缺陷的最小尺寸l0＝1mm。l0’＝1mm；磁芯尺寸为l4＝95mm、l5＝240mm、l6＝40mm，v＝1000mm/s，lmax＝5mm、lmin＝1mm，f＝50Hz。
铁氧体尺寸为l1＝95mm，l2＝13.4mm，l3＝9.8mm。安装位置为U型磁芯下部正中，磁敏传感器安装在铁氧体的边角位置，l7＝1.3mm，安装磁敏传感器后传感器下表面与磁芯下表面平齐。磁敏传感器输出的信号进过截止频率为70Hz的高通滤波后进行后续处理。
本发明有效增加漏磁检测中漏磁信号的强度，在磁芯和磁敏传感器与被测工件的提离不变或提离低频变化时，可以增加缺陷信号的信噪比，适用于低速铁磁性材料表面缺陷的检测。

Claims (4)

1.一种漏磁信号增强结构，其特征在于，包括：磁芯、磁敏传感器和铁氧体；铁氧体安装在磁敏传感器上方，铁氧体安装在磁芯下方正中处，磁敏传感器的下表面与磁芯下表面平齐；磁敏传感器的输出进行高通滤波后得到增强的信号；
铁氧体的横截面边长
Figure FDA0002959580410000011
式中
Figure FDA0002959580410000012
铁氧体的横截面边长
Figure FDA0002959580410000013
式中
Figure FDA0002959580410000014
l0为系统应检出表面缺陷的最小宽度，l′0为系统应检出表面缺陷的最小深度，l4为磁芯宽度，l5为磁芯的长度，l6为磁芯的高度，铁氧体的宽度l1应等于磁芯宽度l4，单位都为mm；巡检时，传感器与被测样件的最大相对速度为v，单位为mm/s，磁芯到被测样件的距离称为提离，巡检时由于磁芯和传感器的振动，提离会发生变化，设提离的最大最小值分别为lmax、lmin，单位为mm，传感器振动造成提离变化的最高频率为f，单位为Hz。
2.如权利要求1所述的漏磁信号增强结构，其特征在于，磁敏传感器的中心到铁氧体边角的距离为
Figure FDA0002959580410000015
其中，l2和l3分别为铁氧体的横截面的两个边长，磁芯到被测样件的距离称为提离，巡检时由于磁芯和传感器的振动，提离会发生变化，设提离的最大最小值分别为lmax、lmin，单位为mm。
3.如权利要求1所述的漏磁信号增强结构，其特征在于，磁敏传感器的输出进行高通滤波的截止频率
Figure FDA0002959580410000016
4.如权利要求1所述的漏磁信号增强结构，其特征在于，铁氧体材料的初始磁导率应不小于被测铁磁性材料的初始磁导率，最大磁导率应不小于被测铁磁性材料的最大磁导率。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109632941B (zh) * 2019-01-08 2022-06-10 南京航空航天大学 一种抑制漏磁信号提离干扰的方法
CN112083059B (zh) * 2020-08-28 2022-07-22 南京航空航天大学 一种滤除钢轨顶面提离干扰的方法
CN113777150B (zh) * 2021-08-09 2023-07-04 华中科技大学 一种基于铁磁性板的缺陷检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05232088A (ja) * 1992-02-24 1993-09-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 漏洩磁束探傷法
JP2004037217A (ja) * 2002-07-03 2004-02-05 Jfe Steel Kk 漏洩磁束探傷装置
CN104280451A (zh) * 2013-07-04 2015-01-14 江苏省特种设备安全监督检验研究院 一种可变径多回路电梯曳引钢丝绳高速探伤仪
CN104330462A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 西红柿科技（武汉）有限公司 一种用于漏磁检测的双励磁单元
CN104502442A (zh) * 2014-08-28 2015-04-08 西红柿科技（武汉）有限公司 一种具有磁罩的漏磁检测仪
CN104807879A (zh) * 2015-05-15 2015-07-29 徐州博联科技有限公司 一种钢丝绳损伤检测装置
CN106274977A (zh) * 2016-07-27 2017-01-04 南京航空航天大学 一种触发式采集模式的直流漏磁检测系统及其方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05232088A (ja) * 1992-02-24 1993-09-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 漏洩磁束探傷法
JP2004037217A (ja) * 2002-07-03 2004-02-05 Jfe Steel Kk 漏洩磁束探傷装置
CN104280451A (zh) * 2013-07-04 2015-01-14 江苏省特种设备安全监督检验研究院 一种可变径多回路电梯曳引钢丝绳高速探伤仪
CN104502442A (zh) * 2014-08-28 2015-04-08 西红柿科技（武汉）有限公司 一种具有磁罩的漏磁检测仪
CN104330462A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 西红柿科技（武汉）有限公司 一种用于漏磁检测的双励磁单元
CN104807879A (zh) * 2015-05-15 2015-07-29 徐州博联科技有限公司 一种钢丝绳损伤检测装置
CN106274977A (zh) * 2016-07-27 2017-01-04 南京航空航天大学 一种触发式采集模式的直流漏磁检测系统及其方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于漏磁原理的钢轨缺陷高速巡检方法;江柳慧 等;《2017远东无损检测新技术论坛论文集》;20170621;第96-101页 *

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