CN110006992B - 穿过式涡流传感器及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿过式涡流传感器及检测方法，包括骨架、检测线圈和激励线圈，检测线圈和激励线圈皆缠绕于骨架，且检测线圈位于骨架和激励线圈之间；检测线圈包括依次连接的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈，第一检测线圈的缠绕方向和第三检测线圈的缠绕方向相同，第二检测线圈的缠绕方向和第四检测线圈的缠绕方向相同，第一检测线圈的缠绕方向和第二检测线圈的缠绕方向相反。本发明的检测线圈呈现正、反、正、反的方式串联，剔除多类不平衡信号，抗干扰能力强，检测信号将呈现正负相间，此正负相间的信号包含更多的特征信息，将更容易被系统鉴别，大幅降低缺陷的误判和漏判率。

Description

穿过式涡流传感器及检测方法
技术领域
本发明属于涡流传感技术领域，特别是涉及一种穿过式涡流传感器及检测方法。
背景技术
金属管材、棒材在当今工业中的应用非常广泛。譬如锅炉压力容器用管、电站用冷凝和热交换管、航空用管以及化工用管等，在成型过程中容易产生搭接、輥印、塌边等缺陷；在焊接时容易产生未融合、未焊透等缺陷；在切削内外焊边时容易产生连轧伤、切削伤、刀尖碎片伤等缺陷，其良率不仅对生产效益有着决定性影响，而且在使用过程中由于内、外应力、自然磨耗所产生的缺陷或变形更可能直接关系到人身安全问题。
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非常敏感，故非常适合用于检测导体管、棒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。
穿过式涡流传感器被广泛应用在管、棒材的检测中，现有技术采用两个线圈差动输出模式得到缺陷信号，如图5所示，由于干扰信号通常是单个单方向的脉冲，与图5的波形图相近，因此很容易引起误判，造成漏检。而且对于沿着管棒材的纵向缺陷，只在缺陷的端部进出线圈感应范围时才有信号变化，若工件上有一纵向长裂纹，可能因差动式线圈的间距较小，当两个检测线圈皆位于缺陷上时，线圈差动信号被抵消，导致误判检测结果。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种穿过式涡流传感器及检测方法，检测线圈呈现正、反、正、反的方式串联，剔除多类不平衡信号，抗干扰能力强，检测信号将呈现正负相间，此正负相间的信号包含更多的特征信息，将更容易被系统鉴别，能更加精准的检测纵向长缺陷与短缺陷，大幅降低缺陷的误判和漏判率，通过绝对线圈对管棒的偏心或摆动进行检测信号修订和补偿，可提高缺陷尺寸检测的稳定性和准确度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种穿过式涡流传感器，包括骨架、检测线圈和激励线圈，所述检测线圈和所述激励线圈皆缠绕于所述骨架，且所述检测线圈位于所述骨架和所述激励线圈之间；
所述检测线圈包括依次连接的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈，所述第一检测线圈的缠绕方向和所述第三检测线圈的缠绕方向相同，所述第二检测线圈的缠绕方向和所述第四检测线圈的缠绕方向相同，所述第一检测线圈的缠绕方向和所述第二检测线圈的缠绕方向相反。
进一步地说，所述第一检测线圈的匝数和所述第四检测线圈的匝数相同，所述第二检测线圈的匝数和所述第三检测线圈的匝数相同。
进一步地说，所述第一检测线圈的匝数少于所述第二检测线圈的匝数。
进一步地说，还包括缠绕于所述骨架的绝对线圈，所述绝对线圈位于所述激励线圈和所述骨架之间。
进一步地说，所述骨架的外表面周向向内凹陷形成若干圈用于绕制所述绝对线圈和所述检测线圈的定位凹槽。
进一步地说，所述第一检测线圈和所述第四检测线圈对称设置，所述第二检测线圈和所述第三检测线圈对称设置。
上述的一种穿过式涡流传感器的检测方法，包括以下步骤：
S1：将激励线圈通以正弦交流信号，检测线圈与绝对线圈将产生与自身匝数成正比的感应电压信号。
S2：将待检试件穿入穿过式涡流传感器中，当待检试件表面无缺陷时，第一检测线圈和第四检测线圈的输出大小相当，方向相反，第二检测线圈和第三检测线圈的输出大小相当，方向相反，因此第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动输出为0；
当待检测试件的表面或近表面存在缺陷时，将导致检测线圈的阻抗产生变化，检测线圈的电压出现变化，则第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动信号发生变化，分析此变化，可以对试件质量做出有效判断。
本发明的有益效果至少具有以下几点：
本发明的检测线圈包括依次连接的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈，由于四个线圈呈现正、反、正、反的方式串联，变化缓慢的因素不会引起差动信号的明显变化，因此，本发明的传感器可有效抑制如温度变化、试件材质变化、管材壁厚变化等缓慢干扰因素对检测结果的影响，剔除多类不平衡信号，抗干扰能力强；
本发明相较于传统的两个线圈差动输出，两组匝数相异的四个线圈串联差动输出所产生正负相间的信号包含更多的特征信息，将更容易被系统鉴别。能更加精准的检测纵向长缺陷与短缺陷，大幅降低缺陷的误判和漏判率；
本发明的四个检测线圈搭配一个绝对线圈，可以通过绝对线圈对管棒在传感器中的偏心或摆动状态进行检测，从而降低管棒的偏心或摆动对缺陷当量的计算，进而提高缺陷尺寸检测的稳定性和准确度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图之一；
图2是本发明的结构示意图之二(无激励线圈)；
图3是本发明的骨架的结构示意图；
图4是本发明的缺陷经过检测线圈时的波形图；
图5是现有技术的纵向长缺陷经过检测线圈的波形图；
图6是本发明的纵向长缺陷经过四个检测线圈的波形图；
附图中各部分标记如下：
骨架1、定位凹槽11、激励线圈2、第一检测线圈3、第二检测线圈4、第三检测线圈5、第四检测线圈6、绝对线圈7和待检试件8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种穿过式涡流传感器，如图1-图4所示，包括骨架1、检测线圈和激励线圈2，所述检测线圈和所述激励线圈2皆缠绕于所述骨架1，且所述检测线圈位于所述骨架1和所述激励线圈2之间；
所述检测线圈包括依次连接的第一检测线圈3、第二检测线圈4、第三检测线圈5和第四检测线圈6，所述第一检测线圈3的缠绕方向和所述第三检测线圈5的缠绕方向相同，所述第二检测线圈4的缠绕方向和所述第四检测线圈6的缠绕方向相同，所述第一检测线圈3的缠绕方向和所述第二检测线圈4的缠绕方向相反。
所述第一检测线圈3的匝数和所述第四检测线圈6的匝数相同，所述第二检测线圈4的匝数和所述第三检测线圈5的匝数相同。
所述第一检测线圈3的匝数少于所述第二检测线圈4的匝数。
还包括缠绕于所述骨架1的绝对线圈7，所述绝对线圈7位于所述激励线圈2和所述骨架1之间。
所述骨架1的外表面周向向内凹陷形成若干圈用于绕制所述绝对线圈7和所述检测线圈的定位凹槽11。
所述第一检测线圈3和所述第四检测线圈6对称设置，所述第二检测线圈4和所述第三检测线圈5对称设置。
上述的一种穿过式涡流传感器的检测方法，包括以下步骤：
S1：将激励线圈通以正弦交流信号，检测线圈与绝对线圈将产生与自身匝数成正比的感应电压信号。
S2：将待检试件8穿入穿过式涡流传感器中，当待检试件表面无缺陷时，第一检测线圈和第四检测线圈的输出大小相当，方向相反，第二检测线圈和第三检测线圈的输出大小相当，方向相反，因此第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动输出为0；
当待检测试件的表面或近表面存在缺陷时，将导致检测线圈的阻抗产生变化，检测线圈的电压出现变化，则第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动信号发生变化，分析此变化，可以对试件质量做出有效判断。
由于干扰信号通常是单个单方向的脉冲，与现有技术的缺陷检测的波形图(图5)相近，因此很容易引起误判。图6为本发明的纵向长缺陷经过四个检测线圈的波形图，缺陷更长情况下，两组波形将相距更远。本发明的检测结果，缺陷波形呈现正负相间的特征，使得检测系统能有更多的信号分析手段剔除干扰获得更有效的缺陷信号，大幅降低误判或漏检概率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种穿过式涡流传感器，其特征在于：包括骨架（1）、检测线圈和激励线圈（2），所述检测线圈和所述激励线圈皆缠绕于所述骨架，且所述检测线圈位于所述骨架和所述激励线圈之间；
所述检测线圈包括依次连接的第一检测线圈（3）、第二检测线圈（4）、第三检测线圈（5）和第四检测线圈（6），所述第一检测线圈的缠绕方向和所述第三检测线圈的缠绕方向相同，所述第二检测线圈的缠绕方向和所述第四检测线圈的缠绕方向相同，所述第一检测线圈的缠绕方向和所述第二检测线圈的缠绕方向相反；
所述第一检测线圈的匝数和所述第四检测线圈的匝数相同，所述第二检测线圈的匝数和所述第三检测线圈的匝数相同；
所述第一检测线圈的匝数少于所述第二检测线圈的匝数；
第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后差动输出产生正负相间的信号；
还包括缠绕于所述骨架的绝对线圈（7），所述绝对线圈位于所述激励线圈和所述骨架之间；
所述第一检测线圈和所述第四检测线圈对称设置，所述第二检测线圈和所述第三检测线圈对称设置。
2.根据权利要求1所述的穿过式涡流传感器，其特征在于：所述骨架的外表面周向向内凹陷形成若干圈用于绕制所述绝对线圈和所述检测线圈的定位凹槽（11）。
3.一种使用如权利要求1所述的一种穿过式涡流传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将激励线圈通以正弦交流信号，检测线圈与绝对线圈将产生与自身匝数成正比的感应电压信号；
S2：将待检试件（8）穿入穿过式涡流传感器中，当待检试件表面无缺陷时，第一检测线圈和第四检测线圈的输出大小相当，方向相反，第二检测线圈和第三检测线圈的输出大小相当，方向相反，因此第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动输出为0；
当待检测试件的表面或近表面存在缺陷时，将导致检测线圈的阻抗产生变化，检测线圈的电压出现变化，则第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈和第四检测线圈串联后的差动信号发生变化，分析此变化，可以对试件质量做出有效判断。
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