CN109115867B - 平面旋转涡流检测传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面旋转涡流检测传感器及方法，其中，传感器包括：多个探头，所述多个探头在同一平面上按同一方向排列设置；线圈，所述线圈位于所述多个探头上；定子；以及转子，所述转子与传感器同轴，且包覆于所述定子内，通过变压器耦合以在所述转子旋转时，产生旋转移动的涡流激励场，并对提离效应进行补偿，以得到检测结果。该传感器具有大幅提升检测效率，对提离效应进行补偿以增加检测灵敏度的优点且使用方便，适用性广。

Description

平面旋转涡流检测传感器及检测方法

技术领域

本发明涉及涡流检测传感器技术领域，特别涉及一种平面旋转涡流检测传感器及检测方法。

背景技术

大型金属板材在当今工业的应用非常广泛，举凡航空航天、船舶甚至军事领域都能见其踪影。金属板材在制造和使用过程中，由于受到内、外应力、自然磨耗或震动、撞击等原因，不可避免地会产生疲劳裂纹或其他缺陷，造成金属板材的质量下降，一旦出现事故将造成严重的人员及财务损失。因此，如何能高效、精准的检测出金属板材的裂纹及缺陷，是检测领域的重要课题。

涡流检测不需耦合剂，可以实现非接触检测，因此检测速度可以很高。涡流检测对试件表面的缺陷也非常敏感，故非常适合用于检测大型金属板材的表面或近表面缺陷。当通有交流电的探头线圈接近试件表面时，会在试件表面形成一涡流场。无缺陷时，涡流场呈稳定状态，但当检测探头经过缺陷时，试件内部的涡流场会有变化，线圈的阻抗也随之改变，进而影响线圈电压信号，透过分析此信号，能对试件质量做出有效判断。

现有技术中，为了实现对大型金属板材的高效检测，常用的有两种方法：一是采用多自由度自动扫查装置驱动涡流探头进行自动检测，但缺点是需要配置复杂的扫查装置，使用灵活性和适用性也不好。二是多采多通道涡流阵列式探头进行手动扫查，虽然检测效率提高，但因每组探头皆须搭配相应的检测电路，仪器昂贵；而且探头之间存在间距，仅进行一次扫查，容易有漏检的情况，通常需要进行二次扫查以实现全覆盖。目前阵列式扫查机构的灵敏度受限于探头固有的排列方式，对某些方向裂纹的灵敏度不高，容易出现漏检情形。

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平面旋转涡流检测传感器，具有大幅提升检测效率，增加检测灵敏度、使用方便和适用性广的优点。

本发明的另一个目的在于提出一种平面旋转涡流检测方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种平面旋转涡流检测传感器，包括：多个探头，所述多个探头在同一平面上按同一方向排列设置；线圈，所述线圈位于所述多个探头上；定子；以及转子，所述转子与传感器同轴，且包覆于所述定子内，通过变压器耦合以在所述转子旋转时，产生旋转移动的涡流激励场，并对提离效应进行补偿，以得到检测结果。

本发明实施例的平面旋转涡流检测传感器通过将传感器与转子连接，转子上配置数个线圈，转子线圈与外围定子线圈用变压器耦合原理实现信号有效传递，同时配合传感器上绝对线圈，针对试件表面不均匀所产生的提离效应做出抑制或补偿，具有大幅提升检测效率，对提离效应进行补偿以增加检测灵敏度的优点且使用方便，适用性广。

另外，根据本发明上述实施例的平面旋转涡流检测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，所述线圈包括：检测线圈、激励线圈和绝对线圈，用以传递涡流信号。

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，第一检测线圈和第三检测线圈采用“8字”绕法反向连接，第二检测线圈和第四检测线圈采用“8 字”绕法反向连接，且两对检测线圈并联，以输出检测信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述激励线圈包括：第一激励线圈和第二激励线圈，所述第一激励线圈和第二激励线圈绕在所述检测线圈外围并通交流电，以使所述检测线圈产生感应电压，第一激励线圈和第二激励线圈串联，以实现等电流激励和独立激励。

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，所述绝对线圈绕在所述激励线圈外围，所述第一绝对线圈和第二绝对线圈串联，以进行提离效应的补偿。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转子与所述定子上缠绕多对耦合线圈，所述多个探头共用一对激励线圈，每个探头的所述检测线圈分别连接一对耦合线圈，所述每个探头的所述绝对线圈分别连接一对耦合线圈。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个探头的激励线圈同时通高频交流信号，以使检测线圈产生感应电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：电机，用于通过联轴器带动所述转子进行高速转动；滚珠轴承，用于支撑所述传感器；壳体，用于覆盖所述传感器。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种平面旋转涡流检测方法，包括以下步骤：在所述激励线圈上施加交流电信号，以使所述检测线圈、绝对线圈同时产生感应的交流电压；控制所述转子带动所述探头旋转；将所述传感器平面正对待测试件，并沿预设扫查方向移动；若经过缺陷，反向连接的所述第一和第三检测线圈的感应电压产生变化，进而输出差动信号，并经所述转子和所述定子间的所述耦合线圈输出，并对提离效应进行补偿，以得到测试结果。

本发明实施例的平面旋转涡流检测方法通过将传感器与转子连接，转子上配置数个线圈，转子线圈与外围定子线圈用变压器耦合原理实现信号有效传递，同时配合传感器上绝对线圈，针对试件表面不均匀所产生的提离效应做出抑制或补偿，具有大幅提升检测效率，对提离效应进行补偿以增加检测灵敏度的优点且使用方便，适用性广。

另外，根据本发明上述实施例的平面旋转涡流检测方法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，通过检测线圈、激励线圈和绝对线圈传递涡流信号。

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平面旋转涡流检测传感器结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的探头结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的线圈结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的转子和定子结构示意图

图5为根据本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的线圈内部接线示意图；

图6为根据本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的工作方式示意图；和

图7为根据本发明一个实施例的平面旋转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，所述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平面旋转涡流检测传感器及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的平面旋转涡流检测传感器。

图1是本发明一个实施例的平面旋转涡流检测传感器的结构示意图。

如图1所示，该平面旋转涡流检测传感器包括：多个探头14，转子13定子12和线圈。其中，多个探头14在同一平面上按同一方向排列设置。线圈位于多个探头14上。转子13与传感器同轴，且包覆于定子12内，通过变压器耦合以在转子13旋转时，产生旋转移动的涡流激励场，并对提离效应进行补偿，以得到检测结果。该平面旋转涡流检测传感器具有大幅提升检测效率，增加检测灵敏度、使用方便和适用性广的优点。

进一步地，该平面旋转涡流检测传感器还包括：待检试件1、转子耦合线圈2、定子耦合线圈3、机壳定位孔4、轴承5、套筒6、壳体7、电机8、联轴器9、密封条10 以及端盖11。

如图 1所示，在本发明的一个实施例中，传感器最尾端是电机8，经由联轴器9 带动转子13进行高速转动，多个探头14安装在转子13最前端，定子12环绕在转子 13外围，分别在转子13、定子12上缠绕线圈，线圈之间透过变压器偶合原理完整传输激励信号与检测信号，两个滚珠轴承用于支撑轴，整体装置以壳体7包覆进行保护，可用作便携式手持设备，也可安装在大型扫查机构上。

具体而言，在本发明的一个实施例中，针对传统阵列式涡流传感器检测效率低、对某些方向裂纹不敏感、易因试件表面不均匀受提离效应影响等问题，设计了一种平面旋转涡流传感器。该平面旋转涡流检测传感器将多个检测探头14以适当角度排列于旋转平面上，藉由转子13的高速旋转，对试件表面实现高效扫查。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，可以在传感器上布置4个探头，探头排列方向一致，当探头旋转时，对纵向及横向裂纹均能有较高的灵敏度。

进一步地，传感器A、C对纵向裂纹敏感，传感器B、D对横向裂纹敏感，传感器A、 B、C、D对45度的裂纹都具有中等灵敏度。当旋转平面传感器时，产生旋转涡流激励场，对各方向裂纹都能有一定的灵敏度，解决了一般传感器检测能力受缺陷方向制约的问题，且四个探头同时扫查，增加了单位时间内的检测面积，提高检测效率。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，每个探头由三种线圈组成，包括检测线圈、激励线圈和绝对线圈，用以传递涡流信号。

具体而言就其中一个探头进行说明：

检测线圈1、3采用“8字”绕法反向连接，检测线圈2、4采用“8字”绕法反向连接，然后并联输出检测信号。

激励线圈绕在检测线圈外围并通交流电，使检测线圈产生感应电压。激励线圈1、2串联，实现等电流激励、独立激励。

绝对线圈绕在激励线圈外围，绝对线圈1、2串联，用于提离效应的补偿，保证检测过程等灵敏度。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，传感器与转子同轴，两者同时旋转，如何实现信号的有效传是其中关键。本发明将转子包覆于定子内，转子线圈与定子线圈之间利用变压器耦合原理，实现检测线圈、激励线圈、绝对线圈信号的有效传递。转子与定子上共缠绕9对耦合线圈，4个探头共用一对激励线圈。为确保检测信号质量，每个探头的检测线圈分别使用1对耦合线圈，共4对。为了尽可能的检出提离效应所产生的干扰，每个探头的绝对线圈分别使用1对耦合线圈，共4对。

在本发明的一个实施例中，以其中一个探头为例，将检测线圈、激励线圈、绝对线圈，各引出2条线，分别连接至转子上的3个线圈，转子线圈与定子线圈之间利用变压器耦合原理，能在传感器高速旋转时完整传输信号。

具体而言，在本发明的一个实施例中，传感器上四个探头的激励线圈同时通高频交流信号，使检测线圈产生感应电压。当检测线圈扫查经过缺陷，会因缺陷的影响导致检测线圈自身阻抗的变化，检测线圈上感应电压随即变化，提取检测线圈感应电压的变化，可以分析试件表面情况。

进一步地，涡流检测因灵敏度高，传感器与待检试件间的相对距离十分敏感，检测线圈与试件表面间有距离变化时，会对检测信号产生干扰，此称为提离效应。试件表面凹凸不匀、粗糙不均和人员操作不当等均会产生提离效应。在本发明的一个实施例中，将绝对线圈绕制在检测线圈与激励线圈外，传感器扫查过程中，透过观察绝对线圈的感应电压变化，可以研究提离效应的影响，再经过上位机的分析与计算后，即可对检测线圈收到的信号进行抑制或补偿。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，共有4对线圈，1对激励线圈、1对绝对式线圈、2对检测线圈。激励线圈内的2个线圈以串联方式连接输出，用以激励绝对线圈与检测线圈。绝对式线圈内的2个线圈以串联方式连接输出。2对检测线圈分别采取反向八字绕法连接内部2个线圈，之后并联输出。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，在进行检测时，首先在激励线圈上通交流电信号，与此同时检测线圈、绝对线圈随即产生感应的交流电压。启动平面涡流传感器，使探头进行高速旋转。将传感器平面正对待测试件，两者相隔适当间距，使传感器沿欲扫查方向移动，当试件表面无缺陷时，涡流场成稳定状态；扫查途中若经过缺陷，反向连接的检测线圈感应电压随即产生变化，从而输出差动信号，并经转子、定子间的耦合线圈输出，进而测得试件质量。探伤过程中，待检试件表面若有不均匀、不平整的情况导致提离效应，可以透过分析4组绝对线圈的信号加以补偿或抑制。

上述探伤过程中，无论是激励线圈得到的交流电信号、检测线圈输出的缺陷信号、绝对线圈测得与试件间距变化的信号，皆经由转子、定子上线圈间耦合的方式进行传递。

本发明实施例的平面旋转涡流检测传感器，通过将传感器与转子连接，转子上配置数个线圈，转子线圈与外围定子线圈用变压器耦合原理实现信号有效传递，同时配合传感器上绝对线圈，针对试件表面不均匀所产生的提离效应做出抑制或补偿，具有大幅提升检测效率，对提离效应进行补偿以增加检测灵敏度的优点且使用方便，适用性广。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的平面旋转涡流检测方法。

图7是本发明一个实施例的平面旋转涡流检测方法的流程图。

如图7所示，该平面旋转涡流检测方法包括以下步骤：

在步骤S101中，在激励线圈上施加交流电信号，以使检测线圈、绝对线圈同时产生感应的交流电压。

在步骤S102中，控制转子带动探头旋转。

在步骤S103中，将传感器平面正对待测试件，并沿预设扫查方向移动。

在步骤S104中，若经过缺陷，反向连接的第一和第三检测线圈的感应电压产生变化，进而输出差动信号，并经转子和定子间的耦合线圈输出，并对提离效应进行补偿，以得到测试结果。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过检测线圈、激励线圈和绝对线圈传递涡流信号。

需要说明的是，前述对平面旋转涡流检测传感器实施例的解释说明也适用于该实施例的平面旋转涡流检测方法，此处不再赘述。

本发明实施例的平面旋转涡流检测方法，通过将传感器与转子连接，转子上配置数个线圈，转子线圈与外围定子线圈用变压器耦合原理实现信号有效传递，同时配合传感器上绝对线圈，针对试件表面不均匀所产生的提离效应做出抑制或补偿，具有大幅提升检测效率，对提离效应进行补偿以增加检测灵敏度的优点且使用方便，适用性广。

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 (3)

1.一种平面旋转涡流检测传感器，其特征在于，包括：

多个探头，所述多个探头在同一平面上按同一方向排列设置；

线圈，所述线圈位于所述多个探头上，所述线圈包括检测线圈、激励线圈和绝对线圈，用以传递涡流信号，其中，所述激励线圈绕在所述检测线圈外围，所述绝对线圈绕在所述激励线圈外围，所述检测线圈的线圈面、所述激励线圈的线圈面和所述绝对线圈的线圈面两两平行设置；

定子；以及

转子，所述转子与传感器同轴，且包覆于所述定子内，通过变压器耦合以在所述转子旋转时，产生旋转移动的涡流激励场，并对提离效应进行补偿，以得到检测结果，其中，所述转子与所述定子上缠绕多对耦合线圈，所述多个探头共用一对激励线圈，每个探头的所述检测线圈分别连接一对耦合线圈，每个探头的所述绝对线圈分别连接一对耦合线圈；

所述检测线圈包括第一至第四检测线圈，所述第一检测线圈和所述第三检测线圈采用“8字”绕法反向连接，所述第二检测线圈和所述第四检测线圈采用“8字”绕法反向连接，且两对检测线圈并联，以输出检测信号；

所述激励线圈包括第一激励线圈和第二激励线圈，所述第一激励线圈和第二激励线圈绕在所述检测线圈外围并通交流电，以使所述检测线圈产生感应电压，第一激励线圈和第二激励线圈串联，以实现等电流激励和独立激励；

所述绝对线圈包括第一绝对线圈和第二绝对线圈，所述绝对线圈绕在所述激励线圈外围，所述第一绝对线圈和第二绝对线圈串联，以进行提离效应的补偿；

所述多个探头的激励线圈同时通高频交流信号，以使检测线圈产生感应电压。

2.根据权利要求1所述的平面旋转涡流检测传感器，其特征在于，还包括：

电机，用于通过联轴器带动所述转子进行高速转动；

滚珠轴承，用于支撑所述传感器；

壳体，用于覆盖所述传感器。

3.一种平面旋转涡流检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-2任一项所述的传感器，其中，方法包括以下步骤：

在所述激励线圈上施加交流电信号，以使所述检测线圈、绝对线圈同时产生感应的交流电压，其中，所述激励线圈绕在所述检测线圈外围，所述绝对线圈绕在所述激励线圈外围，所述检测线圈的线圈面、所述激励线圈的线圈面和所述绝对线圈的线圈面两两平行设置；

控制所述转子带动所述探头旋转；

将所述传感器平面正对待测试件，并沿预设扫查方向移动；

若经过缺陷，反向连接的所述第一和第三检测线圈的感应电压产生变化，进而输出差动信号，并经所述转子和所述定子间的所述耦合线圈输出，并对提离效应进行补偿，以得到测试结果，所述转子与所述定子上缠绕多对耦合线圈，多个所述探头共用一对激励线圈，每个探头的所述检测线圈分别连接一对耦合线圈，每个探头的所述绝对线圈分别连接一对耦合线圈，通过所述检测线圈、所述激励线圈和所述绝对线圈传递涡流信号；

所述检测线圈包括第一至第四检测线圈，所述第一检测线圈和所述第三检测线圈采用“8字”绕法反向连接，所述第二检测线圈和所述第四检测线圈采用“8字”绕法反向连接，且两对检测线圈并联，以输出检测信号；

所述激励线圈包括第一激励线圈和第二激励线圈，所述第一激励线圈和第二激励线圈绕在所述检测线圈外围并通交流电，以使所述检测线圈产生感应电压，第一激励线圈和第二激励线圈串联，以实现等电流激励和独立激励；

所述绝对线圈包括第一绝对线圈和第二绝对线圈，所述绝对线圈绕在所述激励线圈外围，所述第一绝对线圈和第二绝对线圈串联，以进行提离效应的补偿；

所述多个探头的激励线圈同时通高频交流信号，以使检测线圈产生感应电压。

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