CN111103349A - 一种多频涡流检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种多频涡流检测系统，包括多频信号产生模块、测量模块和数据处理模块，所述的多频信号产生模块包括多频信号发生器、信号放大器和电流源，所述多频信号发生器连接到信号放大器，所述信号放大器通过恒流的电流源，所述电流源连接到测量模块，所述测量模块设置在被测件上方，所述测量模块分别连接到数据处理模块.本发明采集数据使用的微控制器，将采集的数据使用串口上传到上位机，同时在显示屏上对采集的数据进行实时显示。因此本发明操作简单，功能齐全，极大的提高了检测进度，降低了检测成本功耗，还提升了检测灵敏度。

Description

一种多频涡流检测系统

技术领域

本发明涉及金属构件无损检测领域，特别涉及一种多频涡流检测系统。

背景技术

人们在使用金属和石墨材料的长期实践中，观察到大量断裂现象，其中涉及到轴类、压力容器、核运行设备以及飞行器等，不仅造成了经济损失，甚至发生了灾难性事故。表面缺陷有时会因为外部工作环境的影响会变得越来越大，导致设备无法进行正常运行。进入2l世纪，工业迅速发展，而在此领域内包括汽车，飞行器等制造业，其零部件一般是用各种金属构件制造，这些金属材料在长时间工作时，会由于挤压，冲撞而变形，若是不经过修理更新，会造成严重的伤害，甚至会危及生命安全。所以，无损检测在这样的背景下成为非常关键的一部分。虽然涡流无损检测技术本身并不具有生产性的技术，可是它所能达到的技术高度能够看出小到一个部门，一个行业，大到一个地区，一个国家所拥有的技术水平。比如，德国奔驰公司运用无损检测技术对其生产汽车的零部件进行无损检测后，测试结果发现汽车所能工作的最大公里数提高了原来的一倍，大大提高了产品在国际上的竞争力。而日本生产的小汽车，当仅仅汽车30％的零部件使用无损检测技术之后，其整体质量远远高于美国汽车质量。德国科学家认为：无损检测技术已经成为机械工业的四大技术支柱之一。电磁涡流无损检测技术是电磁技术的一类，众所周知，因其成本低，精度高等特点而被广泛用来对导电材料进行无损检测。电磁涡流检测的基本工作原理其实很简单，由于被测样品中涡流的变化，进而引起其周围磁场的变化[31，该变化磁场是因为缺陷的存在才产生的，所以通过检测磁场的变化，就能获得缺陷的信息。对此变化磁场信息的准确测量对于缺陷表征与评估非常重要。在许多工业应用中，对于缺陷检测，需要具有良好的精度，才可以被应用。比如航空部件，如机翼和机身铆接接头处，由于经过长时间的机械应力，紧固件会产生疲劳损伤。若是仅仅检测到有缺陷而不能对缺陷进行很好的表征与评估，就会增加成本，甚至会危及到乘客的生命安全。缺陷的检测和定位在涡流检测中得到很好的综合，但是对于检测缺陷几何特征的表征和评估目前仍处在研究领域。在当今工业安全生产中，人们发现轴类、压力容器、核运行设备以及飞行器等容易出现断裂、裂纹、气泡等问题，这些微小的缺陷不仅造成了巨大的经济损失，甚至导致灾难性的事故。对缺陷的检测有很多种方法，例如红外检测、X射线检测、超声检测等，其中超声波检测是～种比较认可的检测方法，但是因其不适合持续观测缺陷的变化而发展受阻。特此开发了一种多频涡流检测系统。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术中出现的问题，提供一种多频涡流检测系统，该系统使用多频涡流技术，利用空间磁场传感器对铝板的表面及其近表面微小缺陷进行检测，且能够对缺陷的特征进行表征。采集数据使用的微控制器，将采集的数据使用串口上传到上位机，同时在显示屏上对采集的数据进行实时显示。因此本发明操作简单，功能齐全，极大的提高了检测进度，降低了检测成本功耗，还提升了检测灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种多频涡流检测系统，包括多频信号产生模块、测量模块和数据处理模块，所述的多频信号产生模块包括多频信号发生器、信号放大器和电流源，所述多频信号发生器连接到信号放大器，所述信号放大器通过恒流的电流源，所述电流源连接到测量模块，所述测量模块设置在被测件上方，所述测量模块分别连接到数据处理模块；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的测量模块包括异向磁阻传感器、电信号放大器、激励线圈和微控制器，所述激励项圈设置在被测件上，所述异向磁阻传感器连接到电信号放大器，所述电信号放大器连接到微控制器；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的微控制器还连接有结果显示器；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的异向磁阻传感器设置在电动三轴平台上，所述电动三轴平台可沿被测件任意方向移动；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的微控制器采用12位高分辨率，所述微控制器能够自动校准，所述微控制器设置有单次模式和连续模式；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的数据处理模块包括上位机，所述上位机连接到测量模块。

本发明所具有的有益效果：

本发明使用多频涡流技术，利用空间磁场传感器对铝板的表面及其近表面微小缺陷进行检测，且能够对缺陷的特征进行表征。采集数据使用的微控制器，将采集的数据使用串口上传到上位机，同时在显示屏上对采集的数据进行实时显示。因此本发明操作简单，功能齐全，极大的提高了检测进度，降低了检测成本功耗，还提升了检测灵敏度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，以测量一种样板铝材为例的一种多频涡流检测系统，包括多频信号产生模块、测量模块和数据处理模块，所述的多频信号产生模块包括多频信号发生器、信号放大器和电流源，所述多频信号发生器连接到信号放大器，所述信号放大器通过恒流的电流源，所述电流源连接到测量模块，所述测量模块设置在被测件上方，所述测量模块分别连接到数据处理模块；

测量模块包括异向磁阻传感器、电信号放大器、激励线圈和微控制器，所述激励项圈设置在被测件上，所述异向磁阻传感器连接到电信号放大器，所述电信号放大器连接到微控制器，微控制器还连接有结果显示器，异向磁阻传感器设置在电动三轴平台上，所述电动三轴平台可沿被测件任意方向移动，微控制器采用12位高分辨率，所述微控制器能够自动校准，所述微控制器设置有单次模式和连续模式。数据处理模块包括上位机，所述上位机连接到测量模块。

频涡流检测是利用对实验中的线圈施加多个频率的励磁信号，这样能成功的抑制几个干扰信号，进而分离出所需要的信号。磁阻传感器的基本工作原理是对励磁线圈以及周围区域列出麦克斯韦方程组，然后进行线圈的阻抗分析，得出样品的某些特性与线圈阻抗之间的关系。这样我们可以用公式形W＝F(σ,μ,m,ω,μ,r,n)来表示励磁线圈的阻抗，其中，σ为电导率，μ为磁导率，m，r，n为尺寸，μ，ω分别励磁电压和频率。电路励磁电源的频率对于涡流有很大的影响，而且他们之间成非线性的关系。所以，我们控制函数形中某些参数不变，或者控制这些参数为定值，变化ω的值n个，就能得出励磁线圈不同的输出值，进而求得n个待求量，这样就实现了多频率涡流的检测。

在进行多频涡流检测时，由法拉第电磁感应定律知道，当把导电材料放在变化的磁场中时，变化的磁场会使得导电材料中的磁通量发生变化，进而会在材料样板中产生涡流。假设材料样板所产生的磁场为Hs，那么Hs与原磁场的方向不同且会抵消部分的磁场能量。点磁涡流传感器的敏感器件为线圈，当使用磁传感器靠近导电材料时，涡流传感器敏感元件所产生的磁场Ha会被Hs抵消一部分，使得磁阻传感器的敏感元件品质因数、阻抗值以及电感等因素发生相应的改变。材料样板内部的尺寸、组织结构、磁导率、电导率等的变化都会改变涡流的密度以及涡流的分布，进而影响磁阻传感器敏感器件的阻抗大小，同时，电流的频率以及提离高度对其也有影响。如果我们控制上面众多影响因素中的一个因素去改变，其它的因素为定值，那么就可以写出阻抗与这个影响因素之间的函数关系式，加入我们设定这个因素为提离高度，那么此时阻抗的变化反应的就是磁阻芯片与导电材料之间距离的变化，由此可以根据需要制作成各种磁场传感器对导电材料的几何尺寸、电导率、磁导率等特性进行不接触式测量。

优选的，首先需要给线圈产生合适的经电流源处理后的正弦电流信号，多频信号发生器供给正弦信号给激励线圈，中间通过一个恒流源将信号发生器产生的电压激励变换为电流激励以此来产生励磁磁场，当沿着探头灵敏轴扫描试件，采集数据经过放大处理后，由STM32读取数据，然后进行分析提取出幅值信息，最后描述缺陷信息，以此来反应非铁性磁材料有无缺陷信息。实验中采用的霍尼韦尔公司生产的一种异向磁阻传感器HMCl043，对电压信号的放大采用的AD620。本发明中需要检测空间X、Y、Z三个方向的缺陷信息，所以为检测装置选择的硬件平台是电动三轴平台，可以实现空间任意位置的定位功能。电动三轴是由三个桥臂组成，分别表示X、Y、Z三个方向，长度分别为20cm、20cm、15cm，三个桥臂分别是由三个步进电机带动工作，工作时，通过控制步进电机的正反转，移动速度等参数实现空间的具体点的定位功能，三轴平台通过空间控制实现对空间具体点的定位，若是定位空间的一点，需要把其坐标输入到上位机中，与上位机连接的中控板接收到上位机发来的坐标值时，中控板会通过控制步进电机的转动来实现每个轴的移动，进而去定位具体的点。实验中选择的两相步进电机的驱动器是ASD545R，所示其部分参数如下：电压输入范围为24-50V；输出电流为开关选定，最大为4.5A；控制方式为脉冲控制和方向控制；速度最高可以达到3000rpm；分步能够达到25000。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多频涡流检测系统，包括多频信号产生模块、测量模块和数据处理模块，其特征在于，所述的多频信号产生模块包括多频信号发生器、信号放大器和电流源，所述多频信号发生器连接到信号放大器，所述信号放大器通过恒流的电流源，所述电流源连接到测量模块，所述测量模块设置在被测件上方，所述测量模块分别连接到数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的一种多频涡流检测系统，其特征在于，所述的测量模块包括异向磁阻传感器、电信号放大器、激励线圈和微控制器，所述激励项圈设置在被测件上，所述异向磁阻传感器连接到电信号放大器，所述电信号放大器连接到微控制器。

3.根据权利要求2所述的一种多频涡流检测系统，其特征在于，所述的微控制器还连接有结果显示器。

4.根据权利要求2所述的一种多频涡流检测系统，其特征在于，所述的异向磁阻传感器设置在电动三轴平台上，所述电动三轴平台可沿被测件任意方向移动。

5.根据权利要求2所述的一种多频涡流检测系统，其特征在于，所述的微控制器采用12位高分辨率，所述微控制器能够自动校准，所述微控制器设置有单次模式和连续模式。

6.根据权利要求1所述的一种多频涡流检测系统，其特征在于，所述的数据处理模块包括上位机，所述上位机连接到测量模块。

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