CN110082425A - 一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统 - Google Patents

一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统 Download PDF

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方泽昊
沈常宇
李光海
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Abstract

本发明公开了一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统，由上位机、载具、航空插头、C型磁芯、线圈、可替换滑动滚轮、铜箔屏蔽层、信号调理模块、TLV493模块、STM32单片机模块、电源模块组成。STM32单片机产生交流激励信号，产生交变电磁场；交变电磁场遇到铁磁性材料缺陷时形成漏磁场；交变电磁场遇到铁磁性材料应力集中区域形成漏磁场；当漏磁场作用于TLV493模块时，模块输出x、y、z轴方向三路电信号；三路电信号经过调理后，采样数据实时通过航空插头传输至上位机。由于低频漏磁检测技术、金属磁记忆检测技术的优势，该发明具有检测效率高，操作简单便捷，对检测对象不需要预处理，可发现早期损伤等优点，具有很好的使用价值与应用前景。

Description

一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统
技术领域
本发明属于低频漏磁信号采集系统与设备领域，具体涉及一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统。
背景技术
1933年，Zuschlug初次指出采用磁敏传感器探测漏磁场的概念；1947年Hanstings研制出第一代缺陷漏磁探伤系统，然后社会开始认识到漏磁检测技术的价值。
1980年，Yariv教授首次提出利用磁致伸缩效应测量微弱磁场的研究思想，并且通过一定的演算与实验预测最小探可测磁场能够达到1.6×10-12T。在这之后，光纤微弱磁场传感器进入了高速发展的黄金时期，大量相关研究相继见报。
低频漏磁检测的原理是：外接激励源的激励线圈在空间激发较低频率的电磁场。磁场穿透承压设备中铁磁性材料，从一侧传导到另一侧。在没有壁厚减薄和缺陷的位置，铁磁性试件表面磁场较弱；在存在壁厚减薄和缺陷的位置，磁力线受到缺陷阻碍，磁场发生变异，部分磁力线溢出铁磁性试件，产生漏磁场。此时可以通过对漏磁场信号的强度变化来判断缺陷的存在位置。
金属磁记忆检测的原理是：金属磁记忆检测技术是基于铁磁材料的高磁导率特性、压磁效应和磁弹效应。弹性应力对铁磁体不但产生弹性应变,而且还产生磁致伸缩性质的应变。在应力σ的作用下，磁畴壁将改变其位置,同时自发磁化也将改变其方向。在应力集中区域,虽然不会出现裂纹,但是弹性能量却会显著增长,并促使磁畴体积的增加,形成磁畴的固定结点,以漏磁场的形式出现在铁制体的表面上。
低频漏磁信号检测技术与金属磁记忆检测技术应用十分广阔，主要应用方向有锅炉、压力管道等铁磁性承压设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于以基于STM32单片机的低频信号产生、金属磁记忆检测技术以及低频漏磁检测技术为基础，以TLV493芯片为漏磁信号检测的核心，对漏磁信号实现检测。
本发明通过以下技术方案实现：一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统，由上位机(1)，载具(2)，航空插头(3)，C型磁芯(4)，线圈(5)，可替换滑动滚轮(6)，铜箔屏蔽层(7)，信号调理模块(8)，TLV493模块(9)，STM32单片机模块(10)，电源模块(11)；其特征在于：载具(2)通过可替换滑动滚轮(6)在被测的铁磁性试件上移动；STM32单片机模块(10)由电源模块(11)提供工作电压；TLV493模块(9)通过导线与信号调理模块(8)相连接，经过调理的电信号通过导线连接到航空插头(3)，由航空插头(3)传输到上位机(1)；STM32单片机模块(10)为线圈(5)提供20Hz交流激励信号；线圈(5)的漆包线直径为0.49mm，安匝数为1000匝；C型磁芯(4)的内开角为270度，内径47.5cm，外径57.5cm，宽60cm。
所述STM32单片机模块(3)具体型号为STM32ZET6。
所述C型磁芯(5)使用锰锌铁氧体材料。
所述线圈(6)使用铜质漆包线。
所述TLV493模块(9)置于载具(2)底部中心。
本发明的工作原理是：STM32单片机产生交流激励信号，输入磁芯上的线圈，驱动产生交变电磁场。根据磁场分布遵循磁阻最小原理，当交变电磁场遇到铁磁性材料缺陷时，由于缺陷处空气的磁导率小于铁磁性材料，磁感线首先会绕过缺陷，从缺陷下方通过，直至饱和，而又溢出材料表面，从而形成漏磁场。同时，当交变电磁场遇到铁磁性材料中应力集中区域时，由于此区域内铁磁性材料的弹性能量较强，使得磁畴体积的增加,形成磁畴的固定结点,以漏磁场的形式出现在铁磁性材料的表面上。当漏磁场作用于TLV493芯片时，
TLV493芯片检测其所在位置x轴、y轴、z轴三个方向的磁场强度，并输出三路电信号。产生的这些电信号经过放大、滤波等调理操作后，通过航空插头传输回主机。当遇到铁磁性管道缺陷以及应力集中区域时，TLV492芯片检测相应区域的漏磁场强度，从而实现铁磁性管道的缺陷检测。
本发明的有益效果是：本发明的设计中以STM32单片机的低频信号产生、金属磁记忆检测技术以及低频漏磁检测技术为基础，以TLV493芯片为漏磁信号检测的核心，对漏磁信号实现快速检测。该系统具有检测效率高，操作便捷简单，对检测对象不需要预处理，可发现早期损伤等优点，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统，由上位机(1)，载具(2)，航空插头(3)，C型磁芯(4)，线圈(5)，可替换滑动滚轮(6)，铜箔屏蔽层(7)，信号调理模块(8)，TLV493模块(9)，STM32单片机模块(10)，电源模块(11)；其特征在于：载具(2)通过可替换滑动滚轮(6)在被测的铁磁性试件上移动；STM32单片机模块(10)由电源模块(11)提供工作电压；TLV493模块(9)通过导线与信号调理模块(8)相连接，经过调理的电信号通过导线连接到航空插头(3)，由航空插头(3)传输到上位机(1)；STM32单片机模块(10)为线圈(5)提供20Hz交流激励信号；线圈(5)的漆包线直径为0.49mm，安匝数为1000匝；C型磁芯(4)的内开角为270度，内径47.5cm，外径57.5cm，宽60cm。

Claims (1)

1.一种三维漏磁及磁记忆管道缺陷检测系统，由上位机（1），载具（2），航空插头（3），C型磁芯（4），线圈（5），可替换滑动滚轮（6），铜箔屏蔽层（7），信号调理模块（8），TLV493模块（9），STM32单片机模块（10），电源模块（11）；其特征在于：载具（2）通过可替换滑动滚轮（6）在被测的铁磁性试件上移动； STM32单片机模块（10）由电源模块（11）提供工作电压；TLV493模块（9）通过导线与信号调理模块（8）相连接，经过调理的电信号通过导线连接到航空插头（3），由航空插头（3）传输到上位机（1）；STM32单片机模块（10）为线圈（5）提供20Hz交流激励信号；线圈（5）的漆包线直径为0.49mm，安匝数为1000匝；C型磁芯（4）的内开角为270度，内径47.5cm，外径57.5cm，宽60cm。
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