CN109254073A - 基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪 - Google Patents

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Abstract

基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪，涉及对工业金属材料、电力和石化领域的管道、航空领域金属件进行扫描检测所用的无损检测仪。包括涡流探头、超声探头和无损检测主机设备；涡流探头通过对位于被测导体的缺陷位置时产生的涡流信号进行分析、处理，显示被测导体的缺陷状态；超声探头采用单个压电晶片产生的超声波进行探伤扫描；无损检测主机设备为集电子系统控制模块、信号采集处理模块、主控制器、人机交互模块于一体的主体设备。电子系统控制模块按照一定的规则和时序激发超声探头中的压电晶片；信号采集处理模块将涡流探头和超声探头输出的信号进行采集和处理；利用主控制器对人机交互模块进行参数的显示和设定，方便用户操作。

Description

基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪
技术领域
本发明涉及工业金属材料、电力和石化领域的管道、航空领域金属件的无损检测领域，利用涡流检测和超声检测相结合的方式对被测材料进行探伤检测，通过人机交互界面显示被测材料是否有损伤。
背景技术
常用的无损检测方法有涡流检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和超声检测五种方式。涡流检测具有检测速度快、表面亚表面检测灵敏度高，耐高温等优点；超声检测具有穿透力强、检验灵敏度高等优点；涡流检测和超声检测是发展最快、应用最广的两种无损检测方法。常规的涡流检测设备只具有涡流检测功能，检测对象仅仅局限于导电材料，且对金属材料深层的内部缺陷检测性能较差；常规的超声检测虽具有检测对象多样化、穿透能力强、检测速度快、灵敏度高等优点，也存在着探测结果受认为因素影响较大，探测表面需要清洗加工，对被测件形状要求较高等缺陷。将涡流检测和超声检测结合在一套检测设备中，在不同的检测对象中采用不同的检测方法，两种检测结果在同一台设备中显示，具有检测对象更为广泛、检测结果更直观准确的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪，将涡流检测和超声检测完美融合，应用于工业金属材料、电力和石化领域的管道、航空领域金属件的无损检测，能清楚直观地体现所检测部位的损伤情况。本发明解决了现有的同类产品存在的检测对象具有局限性、检测方法单一，检测速度慢、显示不清晰，不能准确直观确定探伤状况的问题。
基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪，其特征包括超声探头(1)、涡流探头 (2)和无损检测主机设备(3)。超声探头(1)由超声扫描接口(4)、压电晶片(5)、超声线缆(6) 和超声与主机连接接口(7)构成；涡流探头(2)由激励绕组(8)、磁芯(9)、磁饱和器(10)、支架(11)、外壳(12)、涡流线缆(13)和涡流与主机连接接口(14)构成；无损检测主机设备(3) 由电子系统控制模块(15)、超声信号采集处理模块(16)、涡流信号采集处理模块(17)、主控制器(18)和人机交互模块(19)构成。超声探头(1)通过超声扫描接口(4)与被测材料(20)连接，将测到的超声波通过压电晶片(5)转化为电信号，以超声线缆(6)作为传输介质，超声与主机连接接口(7)输入至无损检测主机设备(3)；涡流探头(2)靠近被测材料(20)表面时，对其激励绕组(8)加以一定功率的交变信号，激励绕组(8)产生交变的电磁场，产生的输出信号以涡流线缆(13)作为传输介质，涡流与主机连接接口(14)输入至无损检测主机设备(3)；无损检测主机设备(3)接收到超声探头(1)、涡流探头(2)发过来的电信号，通过超声信号采集处理模块(16) 处理超声电信号，通过涡流信号采集处理模块(17)处理涡流电信号，处理后的信号进入主控制器(18)，主控制器(18)通过软件算法实现涡流探伤位置的显示，超声的动态聚焦、偏转等效果，在人机交互模块(19)上显示被测材料(20)的探伤状态，同时可在人机交互模块(19)上通过主控制器(18)操作设定相关操作的模式，超声探头(1)和涡流探头(2)按照此模式进行对被测材料(20)的探伤扫描。
本发明提供的便携式复合无损检测仪，将超声扫描技术，涡流技术、计算机控制技术、 FPGA技术，开关电源技术、低功耗技术等合为一体，实现对多种类型材料的扫描探伤检测功能。
本发明所提供的便携式复合无损检测仪，集涡流检测、超声检测于一体，扩大了无损检测对象的范围，使检测到的缺陷信息图像清晰直观。采用的计算机控制技术、FPGA技术实现涡流检测和超声检测的数据接收算法，通过软件设计实现涡流检测显示、超声成像、人机交互、参数设定等功能；采用开关电源技术实现无损检测仪能够在有外部电源和无外部电源的场合中都能够使用；采用低功耗技术实现本探伤仪能够在无外部电源的情况下工作8小时以上。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中标号：1-超声探头 2-涡流探头 3-无损检测主机设备 4-超声扫描接口 5-压电晶片 6-超声线缆 7-超声与主机连接接口 8-激励绕组 9-磁芯 10-磁饱和器 11-支架12-外壳 13-涡流线缆 14-涡流与主机连接接口 15-电子系统控制模块 16-超声信号采集处理模块 17- 涡流信号采集处理模块 18-主控制器 19-人机交互模块 20-被测材料
具体实施方式
下面结合附图并用最佳的实施例对本发明作详细的说明。
参阅图1；本发明的目的是提供的便携式复合无损检测仪，将超声扫描和涡流检测技术完美融合，应用于多类型材料的探伤扫描检测中，能清楚直观地体现所检测部位的损伤情况。基于涡流技术和超声技术的复合无损检测仪，包括超声探头(1)、涡流探头(2)和无损检测主机设备(3)。超声探头(1)由超声扫描接口(4)、压电晶片(5)、超声线缆(6)和超声与主机连接接口(7)构成；涡流探头(2)由激励绕组(8)、磁芯(9)、磁饱和器(10)、支架(11)、外壳(12)、涡流线缆(13)和涡流与主机连接接口(14)构成；无损检测主机设备(3)由电子系统控制模块 (15)、超声信号采集处理模块(16)、涡流信号采集处理模块(17)、主控制器(18)和人机交互模块(19)构成。超声探头(1)通过超声扫描接口(4)与被测材料(20)连接，将测到的超声波通过压电晶片(5)转化为电信号，以超声线缆(6)作为传输介质，超声与主机连接接口(7)输入至无损检测主机设备(3)；涡流探头(2)靠近被测材料(20)表面时，对其激励绕组(8)加以一定功率的交变信号，激励绕组(8)产生交变的电磁场，产生的输出信号以涡流线缆(13)作为传输介质，涡流与主机连接接口(14)输入至无损检测主机设备(3)；无损检测主机设备(3)接收到超声探头(1)、涡流探头(2)发过来的电信号，通过超声信号采集处理模块(16)处理超声电信号，通过涡流信号采集处理模块(17)处理涡流电信号，处理后的信号进入主控制器(18)，主控制器(18)通过软件算法实现涡流探伤位置的显示，超声的动态聚焦、偏转等效果，在人机交互模块(19)上显示被测材料(20)的探伤状态，同时可在人机交互模块(19)上通过主控制器(18) 操作设定相关操作的模式，超声探头(1)和涡流探头(2)按照此模式进行对被测材料(20)的探伤扫描。
本发明由涡流探头和超声探头进行对被测材料的扫描，通过涡流检测成像和超声的发射和接收，实现对被测材料的损伤成像，从而检测被测材料的损伤状态。在涡流检测中，通过涡流探头靠近被测材料，通过涡流信号确定缺陷位置和相对尺寸；在超声检测中，被测材料接收到超声探头发出的超声信号后将产生回波信号，到达各压电晶片的时间存在差异，主控制器按照回波到达各压电晶片的时间差对各压电晶片接收信号进行延时补偿，然后相加合成，增强特定方向回波信号，同时通过各压电晶片的相位、幅度控制及声束形成等方法，形成聚焦、变孔径、变迹等多种效果，使接收的图像更清晰，直观。
本发明的无损检测主机设备采用现场可编程门阵列FPGA作为主控制器，负责进行数据采集的控制和数字信号的延时处理。通过涡流探头和超声探头发送过来的被测材料的缺陷参数输入FPGA主控芯片，由等强度接收算法计算各通道强度参数并配置给D/A转换芯片，转换芯片输出的模拟电压作为信号采集处理模块的控制电压，信号处理模块将压电晶片输出的电压信号进行可变增益放大，滤波处理后经过内部自带的A/D转换模块处理后，转换结果进入FPGA 主控芯片，根据软件算法实现相关的延时处理，得到清晰直观地损伤图像在人机交互模块上显示。
本发明的无损检测主机设备采用自带中文字库的TFT真彩高亮显示屏，采用高速数字处理器驱动显示界面，采用成熟的电阻触摸屏技术来实现人机交互功能。
本发明的无损检测主机设备采用独立的可变增益放大器、滤波器和12位A/D转换芯片来实现信号采集处理。
本发明采用开关电源技术，采用外部供电和锂电池供电相结合的方式对设备进行供电，同时设计了专用座式充电器，保证一块电池工作一块电池充电，开辟了边充边用的交流电接口。
本发明采用微功耗技术，通过集成电路设计及元器件的筛选，降低能耗，保证单块锂电池工作时间可达8小时。
本发明采用涡流检测和超声检测于一体，采用紧凑型结构化处理，整体重量3公斤，具有携带方便的优点。

Claims (4)

1.一种基于涡流技术和超声技术的便携式复合无损检测仪，包括涡流探头、超声探头和无损检测主机设备，其特征是涡流探头的输入端与被检测对象连接，超声探头的输入端与被检测对象连接，涡流探头的输出端与无损检测主机连接，超声探头的输出端与无损检测主机连接。
2.根据权利要求1所述的便携式复合无损检测仪，所述的涡流探头由激励绕组、测量绕组、磁芯、磁饱和器、支架、外壳、涡流线缆和涡流与无损检测主机连接接口构成。
3.根据权利要求1所述的便携式复合无损检测仪，所述的超声探头由超声扫描接口、压电晶片、超声线缆和超声与无损检测主机连接接口构成。
4.根据权利要求1所述的便携式复合无损检测仪，所述的探伤主机设备由电子系统控制模块、超声信号采集处理模块、涡流信号采集处理模块、主控制器和人机交互模块构成。
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