CN109115866A - 周向旋转点式涡流传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种周向旋转点式涡流传感器及检测方法，其中，传感器包括：多个探头，所述多个探头均匀布置在转子的圆面上；线圈，所述线圈位于所述多个探头上；转子和定子，所述转子和定子上设置多个变压器耦合线圈，在所述转子高速旋转时产生高速旋转移动的涡流激励场，通过同心圆相对耦合实现信号传输，并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。该传感器具有对纵向缺陷具有较高灵敏度、可以实现旋转偏心校正、提升检测精度及检测速度快的优点，且线圈采取对称绕制以提升抗干扰能力。

Description

周向旋转点式涡流传感器及检测方法

技术领域

本发明涉及涡流传感器技术领域，特别涉及一种周向旋转点式涡流传感器及检测方法。

背景技术

在电力、核能、航空航天、机械制造等领域，尺寸精密、性能优异的管材及棒材是用量较大的关键材料。在电力部门，不锈钢管、钛合金管及铜管等被广泛用于锅炉管道和热交换器的制造。在核能领域，精密管棒材需要承受高温、高压以及核辐射，工作条件非常苛刻，因此对管棒材质量有很高要求。在航空航天领域，精密不锈钢管、高温合金管、波纹金属软管等管材的年使用量大概在5000吨左右，且对强度、韧性、疲劳性能等都有着较为严格的要求。金属管棒材在制造过程中一般都会采取拉拔工艺，纵向裂纹以及划痕等长条状的缺陷往往就成为了主要缺陷。因此，如何在生产过程中对此类缺陷进行有效检测对提高管棒材生产的成品率有着非常重要的意义。

为了保证金属管棒材的产品质量，通常都要在生产过程中设置无损检测工序，超声检测和涡流检测是两种可行的无损检测方法。相对于超声检测，涡流检测无需耦合剂，原理结构简单，因而在管棒材的自动检测中得到了更广泛的应用。涡流检测是一种以电磁感应原理为基础的检测方法，检测速度快，对管棒材的表面和近表面缺陷有很高的灵敏度。当载有高频交变电流的线圈靠近导体表面时，会在其表面感应出涡流，当表面或是近表面存在缺陷时，其涡流场就会产生变化，从而引起检测线圈的磁场变化。通过对检测线圈感应电压信号的处理分析，就可以达到探伤的目的。

现有技术中，用于进行管棒材缺陷检测的传感器通常为穿过式涡流传感器，一般有两个检测线圈。在进行检测时，将管棒材穿过通有交变电流的检测线圈内部，当检测到缺陷时，检测线圈的感应电压会发生变化。检测线圈的信号检出方式一般有两种，分别是双臂电桥输出和差动输出。在管棒材在线检测的使用实践中发现，穿过式涡流传感器对纵向裂纹，尤其是纵向长裂纹的检测不敏感，极易出现漏检情况。另外，在管棒材连续通过穿过式传感器时，总会存在一定的偏心率，从而造成对不同周向方位上缺陷的探测灵敏度不同。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种周向旋转点式涡流传感器，具有检测灵敏度高、检测速度快以及检测精度高的优点。

本发明的另一个目的在于提出一种周向旋转点式涡流检测方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种周向旋转点式涡流传感器，包括：多个探头，所述多个探头均匀布置在转子的圆面上；线圈，所述线圈位于所述多个探头上；转子和定子，所述转子和定子上设置多个变压器耦合线圈，在所述转子高速旋转时产生高速旋转移动的涡流激励场，通过同心圆相对耦合实现信号传输，并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。

本发明实施例的周向旋转点式涡流传感器，通过在待检管棒材的圆周方向均匀地布置数个点式探头并高速旋转，进一步通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，从而实现对管棒材表面缺陷，尤其是纵向缺陷的检测，具有对纵向缺陷具有较高灵敏度、可以实现旋转偏心校正、提升检测精度及检测速度快的优点，且线圈采取对称绕制以提升抗干扰能力。

另外，根据本发明上述实施例的周向旋转点式涡流传感器还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个探头均匀布置在所述转子的圆面上，且距圆心的距离相等，以使检测时待测管棒材由所述转子中心孔穿过。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述线圈包括检测线圈、激励线圈和绝对线圈。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测线圈包括：第一至第四检测线圈，其中，第一检测线圈和第二检测线圈采用“8字”绕法反向连接，第三检测线圈和第四检测线圈采用“8字”绕法反向连接，所述两组检测线圈反向连接后并联。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述激励线圈包括：第一激励线圈至第四激励线圈，所述第一激励线圈和所述第四激励线圈为所述绝对线圈提供激励，缠绕在所述绝对线圈内部；第二和第三激励线圈，为所述检测线圈提供激励，缠绕在所述检测线圈外部；其中，第一激励线圈和第二激励线圈串联，第三激励线圈和第四激励线圈串联，所述两组激励线圈并联。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述绝对线圈包括：第一绝对线圈和第二绝对线圈，分别沿各自磁芯缠绕，之后所述第一绝对线圈和第二绝对线圈串联输出信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每个线圈沿磁芯进行缠绕，其中，所述磁芯用于增加所述线圈电感和增大磁场的投射距离。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：电机，用于通过传动系统带动所述转子进行高速转动；滚珠轴承，用于支撑空心轴；壳体，用于覆盖所述传感器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将所述转子表面均匀布置的所述多个点式探头的激励线圈并联成一组，输入相同的激励信号；每个探头的所述检测线圈独立输出；只输出一个探头的绝对式线圈信号，其余绝对线圈空置。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种周向旋转点式涡流检测方法，包括以下步骤：将交变的激励信号通入定子，通过同心圆相对耦合，在转子上对应的耦合线圈上产生交变信号；通过所述多个探头上的激励线圈产生的交变激励信号，使检测线圈和绝对线圈产生正比于激励磁场大小的感应电压；放入试件后，通过所述转子高速旋转，使所述激励线圈产生的交变磁场在所述试件中感生出涡流并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。

本发明实施例的周向旋转点式涡流检测方法，通过在待检管棒材的圆周方向均匀地布置数个点式探头并高速旋转，进一步通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，从而实现对管棒材表面缺陷，尤其是纵向缺陷的检测，具有对纵向缺陷具有较高灵敏度、可以实现旋转偏心校正、提升检测精度及检测速度快的优点，且线圈采取对称绕制以提升抗干扰能力。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的点式检测探头的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的探头布置结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的信号传输方式示意图；

图5为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的线圈接线示意图；

图6为根据本发明一个实施例的周向旋转点式涡流检测方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的周向旋转点式涡流传感器及检测方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的周向旋转点式涡流传感器。

图1是本发明一个实施例的周向旋转点式涡流传感器的结构示意图。

如图1所示，该周向旋转点式涡流传感器包括多个探头10，其均匀布置在转子6的圆面上；线圈，线圈位于多个探头10上；转子6和定子5，其中，转子6和定子5上设置多个变压器耦合线圈11，在转子6高速旋转时产生高速旋转移动的涡流激励场，通过同心圆相对耦合实现信号传输，并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。该周向旋转点式涡流传感器具有检测灵敏度高、检测速度快以及检测精度高的优点。

在本发明的一个实施例中，该周向旋转点式涡流传感器还包括：导向锥1、端盖2、轴套3、齿轮4、轴承7、空心轴8、管棒材试件9(待测试件)和机架12。

具体而言，本发明的一个实施例采用数个点式探头围绕着管棒材表面进行高速旋转，从而探测试件表面的缺陷，以达到高灵敏度，灵活进行补偿修正的目的。

具体而言，在本发明的一个实施例中，如图2所示，多个探头10可以为点式检测探头。检测线圈2-1-1和2-1-2采用“8字”绕法，呈反向连接，检测线圈2-1-3和2-1-4采用“8字”绕法，呈反向连接，之后两对检测线圈并联输出。绝对线圈2-2-1和2-2-2分别沿各自磁芯缠绕，之后串联输出。激励线圈2-3-1和2-3-4为绝对式线圈提供激励，缠绕在绝对线圈内部；激励线圈2-3-2和2-3-3为两对检测线圈提供激励，缠绕在检测线圈外部。激励线圈2-3-1和2-3-2串联，激励线圈2-3-3和2-3-4串联，之后并联。每个线圈沿磁芯进行缠绕，磁芯用于增加线圈电感和增大磁场的投射距离。

激励线圈2-3-2、检测线圈2-1-1和2-1-2为一组差动输出模式线圈组。激励线圈2-3-3，检测线圈2-1-3和2-1-4为一组差动输出模式线圈组。在进行检测时，激励线圈在试件中感生出涡流，也会在检测线圈中产生正比于激励磁场大小的感应电压。当试件中没有缺陷时，由于测量线圈反向连接，感应电压相互抵消，没有输出；一旦试件中存在缺陷，测量线圈的感应电压就会发生变化，有信号输出。绝对线圈2-2-1和绝对线圈2-2-2串联，利用提离效应来测量点式探头与被测试件之间的距离。检测时，如图2中俯视图所示，平面正对试件表面，并沿试件周向做高速旋转。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，探头1和探头2均匀布置在转子的圆面上，且距圆心的距离相等，检测时管棒材将由转子中心孔4通过。探头1的激励线圈与探头2的激励线圈并联为一组，加载相同的交变激励信号。探头1的检测线圈与探头2的检测线圈独立输出。探头1和探头2的绝对式线圈只有一组外接输出，另一组空置，用于检测点式探头距试件的距离。在正式检测前，采集绝对式线圈在周向不同位置的信号，根据采集到的信号在周向各个角度上选择不同的增益，使探头在周向上有着相同的灵敏度，消除偏心率带来的影响。在转子3上均匀布置多个点式探头，接线方式同上，可以提高检测速度以实现高速检测。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，信号的传输方式采用同心圆相对耦合变压器的方式，其中，线圈包括：绝对耦合线圈4-1、检测耦合线圈4-2、检测耦合线圈4-3和激励耦合线圈4-4。在定子和转子的相对面上4个变压器耦合线圈，一一对应，进行信号传输。由外到内传输的信号依次为：绝对式线圈信号、探头1检测线圈信号，探头2检测线圈信号、激励信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，结合图1说明该周向旋转点式涡流传感器的工作方式：电机通过传动系统带动齿轮进行高速转动，通过传动键来将转矩传递到空心轴8上，空心轴8带动转子6进行旋转，两个滚动轴承7用于对轴进行支承。检测时，管棒材会连续地从空心轴8内部穿过，在转子6上安装的点式探头10处进行探伤。定子5和转子10上的同心圆耦合线圈面对面放置，通过电磁耦合的方式进行信号传输。

在本发明的一个实施例中，点式探头上线圈的接线情况如图5所示。激励线圈共有4个，两两串联后并联，用来激励绝对式线圈或者一对检测线圈。每一对检测线圈反向连接，之后并联输出，两个绝对式线圈串联输出，用于检测探头到试件表面的距离。当在转子表面均匀布置多个点式探头时，将他们的激励线圈并联成一组，输入相同的激励信号；每个探头的检测线圈独立输出；只输出一个探头的绝对式线圈信号，其余空置。

在本发明的一个实施例中，在检测时，将交变的激励信号通入定子上的激励耦合线圈，通过变压器耦合的原理，转子上相应的耦合线圈将产生交变信号，点式探头上的激励线圈同时也获得了交变的激励信号，检测线圈和绝对线圈也会相应产生正比于激励磁场大小的感应电压。放入试件后，让传感器的转子开始高速旋转，激励线圈产生的交变磁场会在试件中感生出涡流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，试件和探头会有一定的偏心率，即在周向的不同角度上探头距离试件的距离会有所不同。由于提离效应的存在，当试件和探头距离不同时，绝对式线圈的感生电压也会不同，通过变压器耦合后可以检出绝对式线圈在整个周向上的信号变化。根据绝对线圈检测到的信号，在传感器旋转到不同角度时对检测信号使用相对应的程控增益，令传感器在周向360度范围内灵敏度保持一致，消除偏心率的影响。

进一步而言，检测时，试件会连续地通过传感器的通孔。当试件中没有缺陷时，由于测量线圈反向连接，感应电压相互抵消，没有输出；一旦试件中存在缺陷，两个反向连接的检测线圈的感应电压会产生差别，从而输出差动信号，经变压器耦合后信号被检出。每个探头的检测线圈独立工作，互不影响。

本发明实施例的周向旋转点式涡流传感器，通过在待检管棒材的圆周方向均匀地布置数个点式探头并高速旋转，进一步通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，从而实现对管棒材表面缺陷，尤其是纵向缺陷的检测，具有对纵向缺陷具有较高灵敏度、可以实现旋转偏心校正、提升检测精度及检测速度快的优点，且线圈采取对称绕制以提升抗干扰能力。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的一种周向旋转点式涡流检测方法。

图6是本发明一个实施例的周向旋转点式涡流检测方法的流程图。

如图6所示，该周向旋转点式涡流检测方法包括以下步骤：

在步骤S101中，将交变的激励信号通入定子，通过同心圆相对耦合，在转子上对应的耦合线圈上产生交变信号。

在步骤S102中，通过多个探头上的激励线圈产生的交变激励信号，使检测线圈和绝对线圈产生正比于激励磁场大小的感应电压。

在步骤S103中，放入试件后，通过转子高速旋转，使激励线圈产生的交变磁场在试件中感生出涡流并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。

需要说明的是，前述对周向旋转点式涡流传感器实施例的解释说明也适用于该实施例的周向旋转点式涡流检测方法，此处不再赘述。

本发明实施例的周向旋转点式涡流检测方法，通过在待检管棒材的圆周方向均匀地布置数个点式探头并高速旋转，进一步通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，从而实现对管棒材表面缺陷，尤其是纵向缺陷的检测，具有对纵向缺陷具有较高灵敏度、可以实现旋转偏心校正、提升检测精度及检测速度快的优点，且线圈采取对称绕制以提升抗干扰能力。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，包括：

多个探头，所述多个探头均匀布置在转子的圆面上；

线圈，所述线圈位于所述多个探头上；以及

转子和定子，所述转子和定子上设置多个变压器耦合线圈，在所述转子高速旋转时产生高速旋转移动的涡流激励场，通过同心圆相对耦合实现信号传输，并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。

2.根据权利要求1所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述多个探头均匀布置在所述转子的圆面上，且距圆心的距离相等，以使检测时待测管棒材由所述转子中心孔穿过。

3.根据权利要求1所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述线圈包括检测线圈、激励线圈和绝对线圈。

4.根据权利要求3所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述检测线圈包括：

第一至第四检测线圈，其中，第一检测线圈和第二检测线圈采用“8字”绕法反向连接，第三检测线圈和第四检测线圈采用“8字”绕法反向连接，所述两组检测线圈反向连接后并联。

5.根据权利要求3所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述激励线圈包括：

第一激励线圈至第四激励线圈，所述第一激励线圈和所述第四激励线圈为所述绝对线圈提供激励，缠绕在所述绝对线圈内部；第二和第三激励线圈，为所述检测线圈提供激励，缠绕在所述检测线圈外部；其中，第一激励线圈和第二激励线圈串联，第三激励线圈和第四激励线圈串联，所述两组激励线圈并联。

6.根据权利要求3所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述绝对线圈包括：

第一绝对线圈和第二绝对线圈，分别沿各自磁芯缠绕，之后所述第一绝对线圈和第二绝对线圈串联输出信号。

7.根据权利要求3所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，所述每个线圈沿磁芯进行缠绕，其中，所述磁芯用于增加所述线圈电感和增大磁场的投射距离。

8.根据权利要求1所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，还包括：

电机，用于通过传动系统带动所述转子进行高速转动；

滚珠轴承，用于支撑空心轴；

壳体，用于覆盖所述传感器。

9.根据权利要求1所述的周向旋转点式涡流传感器，其特征在于，将所述转子表面均匀布置的所述多个点式探头的激励线圈并联成一组，输入相同的激励信号；每个探头的所述检测线圈独立输出；只输出一个探头的绝对式线圈信号，其余绝对线圈信号空置。

10.一种周向旋转点式涡流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将交变的激励信号通入定子，通过同心圆相对耦合，在转子上对应的耦合线圈上产生交变信号；

通过所述多个探头上的激励线圈产生的交变激励信号，使检测线圈和绝对线圈产生正比于激励磁场大小的感应电压；

放入试件后，通过所述转子高速旋转，使所述激励线圈产生的交变磁场在所述试件中感生出涡流并通过调节程控增益实现周向上灵敏度的补偿，以得到检测结果。