CN110361444B - 一种载波式脉冲涡流检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无损检测技术领域，并具体公开了一种载波式脉冲涡流检测方法及装置，其首先将金属板安装在脉冲涡流传感器下方，并对脉冲涡流传感器施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器中感应电压随时间的衰减曲线，即载波信号；然后将待测金属件放置在安装有金属板的脉冲涡流传感器下方，并对脉冲涡流传感器施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器中感应电压随时间的衰减曲线，即调制信号；由载波信号和调制信号，解调得到待测金属件的原始脉冲涡流检测信号，解决了薄板及小径管等金属构件脉冲涡流检测信号衰减快，难以有效采集的问题，扩展了脉冲涡流检测的适用范围。

Description

一种载波式脉冲涡流检测方法及装置
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，更具体地，涉及一种载波式脉冲涡流检测方法及装置。
背景技术
在油气、化工、电力和供暖等行业中，天然气管道、压力容器等金属构件在长期使用中由于极端温度、高压和复杂外部环境的影响，以及介质的冲刷和腐蚀作用，容易产生大面积腐蚀、壁厚减薄等缺陷，从而造成开裂进而引发泄漏甚至爆炸，造成巨大的经济损失，并对环境造成极大的污染和危害。脉冲涡流检测技术具有在线检测、可穿透包覆层等优势，在金属构件壁厚减薄型缺陷检测中有着广阔的应用前景；但现有脉冲涡流检测装置由于采集精度的限制，难以实现对薄板及小径管等金属构件的有效检测，已然成为制约该技术发展的一大瓶颈。
专利CN104849349A公开了一种薄壁小径管焊缝检测方法，该方法采用相控阵超声组合技术，可用于检测壁厚大于等于3.5mm、小于等于7mm的薄壁小径管焊缝；该方法操作简单、无辐射、无污染，检测结果以三维图像形式显示，直观易懂，适宜作为薄壁小径管焊缝检测的方法应用；但该方法与传统超声检测相同，检测时均需采用耦合剂，安装探头操作复杂，检测效率低，且该方法不适用于带包覆层金属构件的检测。
中国国家标准GB/T 28705-2012规定了在不拆除覆盖层的情况下，对大面积腐蚀等引起的壁厚减薄进行检测的脉冲涡流检测方法，适用于检测由碳钢、低合金钢等铁磁性材料制成的厚度为3mm～65mm、覆盖层厚度为0～200mm、温度为-150℃～500℃的在用构件，以及直径不小于50mm的管子或管件；但对于厚度3mm以下薄板和直径50mm以下小径管，由于其检测信号衰减很快，采集难度大，该标准中涉及的脉冲涡流检测方法难以实现有效检测。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种载波式脉冲涡流检测方法及装置，其目的在于，在脉冲涡流传感器下方安装金属板，然后分别测得放置待测金属件前后，施加方波激励时脉冲涡流传感器中感应电压随时间的衰减曲线，从而得到待测金属件的原始脉冲涡流检测信号，解决薄板及小径管等金属构件脉冲涡流检测信号衰减快，难以有效采集的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种载波式脉冲涡流检测方法，包括如下步骤：
S1在脉冲涡流传感器下方安装金属板，并对脉冲涡流传感器施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器中感应电压随时间的衰减曲线，即载波信号；
S2将待测金属件放置在安装有金属板的脉冲涡流传感器下方，对脉冲涡流传感器施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器中感应电压随时间的衰减曲线，即调制信号；
S3由载波信号和调制信号解调得到待测金属件的原始脉冲涡流检测信号，由此原始脉冲涡流检测信号即可实现对待测金属件的壁厚或缺陷检测。
作为进一步优选的，所述待测金属件为厚2mm～40mm的薄板或直径大于25mm的管件。
作为进一步优选的，所述S1和S2中方波激励为0.1A～5A。
按照本发明的另一方面，提供了一种用于实现所述方法的载波式脉冲涡流检测装置，包括脉冲涡流传感器、外部控制单元和金属板，其中，所述脉冲涡流传感器用于在受到方波激励时产生感应电压；所述外部控制单元与所述脉冲涡流传感器相连，用于为脉冲涡流传感器提供方波激励，以及检测脉冲涡流传感器产生的感应电压信号；所述金属板安装在所述脉冲涡流传感器下方。
作为进一步优选的，所述脉冲涡流传感器包括传感器端盖、航空插座、激励线圈、接收线圈和传感器底座，其中，所述传感器端盖安装在所述传感器底座上；所述航空插座固定在所述传感器端盖上，并与所述外部控制单元相连；所述激励线圈和接收线圈均固定在所述传感器底座上，并与所述航空插座相连。
作为进一步优选的，所述外部控制单元包括计算机、主控单元、D/A转换单元、A/D转换单元、功率放大单元和微弱信号调理单元，其中，所述计算机与所述主控单元相连；所述主控单元与所述D/A转换单元和所述A/D转换单元相连，所述D/A转换单元与所述功率放大单元相连，所述A/D转换单元与所述微弱信号调理单元相连；所述功率放大单元和所述微弱信号调理单元均与所述脉冲涡流传感器相连；
检测时，计算机产生的方波信号经主控单元传输给D/A转换单元，D/A转换单元将该方波信号经转换为模拟信号并传输给功率放大单元，功率放大单元将该模拟信号转化为方波激励并提供给脉冲涡流传感器，脉冲涡流传感器在方波激励的作用下产生感应电压，微弱信号调理单元获取该感应电压信号，并对其进行放大和滤波后传输给A/D转换单元，A/D转换单元将放大和滤波后的感应电压信号转换为数字信号并经由主控单元传输给计算机，计算机对数字信号进行处理进而获取相关信息。
作为进一步优选的，所述金属板采用高导磁或高导电材料制成。
作为进一步优选的，所述金属板的厚度为1mm～20mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明采用金属板获取载波信号，通过调制解调的方法获取被测金属构件的脉冲涡流检测信号，解决了薄板及小径管等金属构件因信号衰减过快而难以有效采集的问题，扩展了脉冲涡流检测的适用范围。
2.本发明降低了对信号采集精度和速度的要求，进而可简化脉冲涡流检测仪器。
3.本发明采用高导磁或高导电材料制作金属板，涡流在金属板中衰减较慢，使获取信号衰减速度降低，有利于信号采集。
附图说明
图1是本发明实施例脉冲涡流检测时磁场示意图；
图2是本发明实施例载波式脉冲涡流检测装置的总体结构图；
图3是本发明实施例脉冲涡流传感器结构示意图；
图4是本发明实施例检测小径管时的载波信号和调制信号波形图；
图5是本发明实施例测得小径管的原始脉冲涡流检测信号波形及对比波形图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-螺钉，2-传感器端盖，3-传感器底座，4-接收线圈，5-航空插座，6-激励线圈，7-金属板，8-待测金属件，9-脉冲涡流传感器，10-功率放大单元，11-微弱信号调理单元，12-D/A转换电路，13-A/D转换电路，14-主控单元，15-计算机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种载波式脉冲涡流检测方法，包括如下步骤：
S1在脉冲涡流传感器9下方安装金属板7，对脉冲涡流传感器9中的激励线圈6施加方波激励，该激励电流在空间中产生变化的磁场，如图1所示，进而金属板7感应出涡流，且涡流也会产生相应磁场，上述两个磁场形成叠加磁场，由接收线圈4测得方波激励减小时该叠加磁场产生的感应电压随时间的衰减曲线，即载波信号；
S2将待测金属件8放置在安装有金属板7的脉冲涡流传感器9下方，对激励线圈6施加方波激励，该激励电流在空间中产生变化的磁场，进而金属板7和待测金属件8均感应出涡流，且涡流也会产生相应磁场，则激励线圈6、金属板7和待测金属件8的磁场共同形成叠加磁场，由接收线圈4测得方波激励减小时该叠加磁场产生的感应电压随时间的衰减曲线，即调制信号；
S3将得到的载波信号和调制信号做差分，解调得到待测金属件8的原始脉冲涡流检测信号，由此原始脉冲涡流检测信号即可实现对待测金属件8的壁厚或缺陷检测；具体的，可通过提取晚期信号衰减率这一信号特征量实现壁厚测量，通过与无缺陷区域信号做差分发现构件缺陷；
具体的，方波激励为0.1A～5A；适用的待测金属件8为厚2mm～40mm的薄板或直径大于25mm的管件。
上述方法通过载波式脉冲涡流检测装置实现，其包括脉冲涡流传感器9、金属板7和外部控制单元，其中：
如图3所示，所述脉冲涡流传感器9包括传感器端盖2、航空插座5、激励线圈6、接收线圈4和传感器底座3，所述传感器端盖2通过螺钉1固定在所述传感器底座3上；所述航空插座5安装在所述传感器端盖2的安装孔中，并与所述外部控制单元相连；所述激励线圈6和接收线圈4均位于所述传感器底座3内部，通过芯轴定位，并与所述航空插座5相连；传感器底座3下部设置有卡槽，所述金属板7通过该卡槽安装在所述传感器底座3下方；
如图2所示，外部控制单元包括计算机15、主控单元14、D/A转换单元12、A/D转换单元13、功率放大单元10和微弱信号调理单元11，其中，所述计算机15与所述主控单元14相连；所述主控单元14与所述D/A转换单元12和所述A/D转换单元13相连，所述D/A转换单元12与所述功率放大单元10相连，所述A/D转换单元13与所述微弱信号调理单元11相连；所述功率放大单元10和所述微弱信号调理单元11均与所述脉冲涡流传感器9相连；
检测时，计算机15通过USB协议将方波信号经主控单元14传输给D/A转换单元12，D/A转换单元12将该方波信号经转换为模拟信号并传输给功率放大单元10，功率放大单元10将该模拟信号转化为方波激励并提供给脉冲涡流传感器9，脉冲涡流传感器9在方波激励的作用下产生感应电压，微弱信号调理单元11获取该感应电压信号，并对其进行放大和滤波后传输给A/D转换单元13，A/D转换单元13将放大和滤波后的感应电压信号转换为数字信号，并经由主控单元14传输给计算机15，计算机15对数字信号进行处理进而获取相关信息。
进一步的，金属板7采用高导磁或高导电材料制成，如45号钢或铝，金属板7的厚度为1mm～20mm。
以下为具体实施例：
实施例1
通过上述装置获取管道材质为304不锈钢、外径50mm、壁厚10mm的小径管的原始脉冲涡流检测信号，采用的金属板为厚6mm的铝板；
将铝板安装在脉冲涡流传感器下方，施加方波激励，获得载波信号；再将小径管放置在安装有铝板的脉冲涡流传感器下方，施加方波激励，获得调制信号；获取的载波信号和调制信号如图4所示，纵轴代表感应电压(V)，横轴代表时间(s)；
将载波信号和调制信号做差分，得到调制解调信号，即小径管的原始脉冲涡流检测信号，如图5所示，纵轴代表感应电压(V)，横轴代表时间(s)；同时图5中还展示了直接用脉冲涡流传感器对该小径管进行检测时获取的直接检测信号，可以看出直接检测信号由于仪器采集速度的限制，早期信号无法准确获取，其衰减规律与理论呈现较大偏差，而本发明方法获取的信号则基本符合理论衰减规律，可用于后续缺陷或壁厚分析。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种载波式脉冲涡流检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1在脉冲涡流传感器(9)下方安装金属板(7)，并对脉冲涡流传感器(9)施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器(9)中感应电压随时间的衰减曲线，即载波信号；
S2将待测金属件(8)放置在安装有金属板(7)的脉冲涡流传感器(9)下方，对脉冲涡流传感器(9)施加方波激励，检测方波激励减小时脉冲涡流传感器(9)中感应电压随时间的衰减曲线，即调制信号；
S3由载波信号和调制信号解调得到待测金属件(8)的原始脉冲涡流检测信号，由此原始脉冲涡流检测信号即可实现对待测金属件(8)的壁厚或缺陷检测；
所述金属板(7)采用高导磁材料制成，且金属板(7)的厚度为1mm～20mm。
2.如权利要求1所述的载波式脉冲涡流检测方法，其特征在于，所述待测金属件(8)为厚2mm～40mm的薄板或直径大于25mm的管件。
3.如权利要求1所述的载波式脉冲涡流检测方法，其特征在于，所述S1和S2中方波激励为0.1A～5A。
4.一种用于实现如权利要求1-3任一项所述方法的载波式脉冲涡流检测装置，其特征在于，包括脉冲涡流传感器(9)、外部控制单元和金属板(7)，其中，所述脉冲涡流传感器(9)用于在受到方波激励时产生感应电压；所述外部控制单元与所述脉冲涡流传感器(9)相连，用于为脉冲涡流传感器(9)提供方波激励，以及检测脉冲涡流传感器(9)产生的感应电压信号；所述金属板(7)安装在所述脉冲涡流传感器(9)下方。
5.如权利要求4所述的载波式脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述脉冲涡流传感器(9)包括传感器端盖(2)、航空插座(5)、激励线圈(6)、接收线圈(4)和传感器底座(3)，其中，所述传感器端盖(2)安装在所述传感器底座(3)上；所述航空插座(5)固定在所述传感器端盖(2)上，并与所述外部控制单元相连；所述激励线圈(6)和接收线圈(4)均固定在所述传感器底座(3)上，并与所述航空插座(5)相连。
6.如权利要求4所述的载波式脉冲涡流检测装置，其特征在于，所述外部控制单元包括计算机(15)、主控单元(14)、D/A转换单元(12)、A/D转换单元(13)、功率放大单元(10)和微弱信号调理单元(11)，其中，所述计算机(15)与所述主控单元(14)相连；所述主控单元(14)与所述D/A转换单元(12)和所述A/D转换单元(13)相连，所述D/A转换单元(12)与所述功率放大单元(10)相连，所述A/D转换单元(13)与所述微弱信号调理单元(11)相连；所述功率放大单元(10)和所述微弱信号调理单元(11)均与所述脉冲涡流传感器(9)相连；
检测时，计算机(15)产生的方波信号经主控单元(14)传输给D/A转换单元(12)，D/A转换单元(12)将该方波信号经转换为模拟信号并传输给功率放大单元(10)，功率放大单元(10)将该模拟信号转化为方波激励并提供给脉冲涡流传感器(9)，脉冲涡流传感器(9)在方波激励的作用下产生感应电压，微弱信号调理单元(11)获取该感应电压信号，并对其进行放大和滤波后传输给A/D转换单元(13)，A/D转换单元(13)将放大和滤波后的感应电压信号转换为数字信号并经由主控单元(14)传输给计算机(15)，计算机(15)对数字信号进行处理进而获取相关信息。
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