CN111678976A - 一种电磁无损质量检测方法及其检测电路和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁无损质量检测方法及其检测电路和系统，通过对一阶RL电路交替进行直流激励响应和零输入响应，使其电感元件磁化线圈产生的直流磁场的磁场强度随电流大小的变化而交替变化，将检测对象置于此磁场强度交替变化的直流磁场中后，检测对象被磁化的同时也引起磁场电感的变化，可通过检测磁化线圈的电感来判断检测被检测对象的电磁特性是否变化，从而判断是否有如钢丝裂纹、钢丝绳断丝等质量缺陷，或者通过检测磁化线圈的电感来分析被检测对象与电磁特性相关的截面积、或锌层厚度等特性；本发明适应于实时、在线、连续、自动地对电磁敏感的检测对象检测或产品性能标定，从而及时发现质量问题，减少次品率，提高产品质量性能。

Description

一种电磁无损质量检测方法及其检测电路和系统

技术领域

本发明属于电磁检测与相关应用领域，涉及一种基于敏感检测一阶RL电路直流激励响应和零输入响应的磁化线圈电感变化来检测对象是否含有差异性变化的检测方法，以及实现这种电磁无损质量检测方法的检测电路及系统，尤其涉及在线、自动、连续、检测的电磁检测应用。

背景技术

随着工业技术的进步和发展，金属线材或线缆及其制品的需求量与相关质量要求不断提高。高速生产过程中的缺陷在线检测和对质量指标(譬如镀锌钢丝镀层厚度)的控制显得越来越重要了。这些缺陷或技术指标，有的在表面，可以用视觉识别检测，而有的在内部，视觉识别是无法感知的。而电磁检测相关的检测方法，如涡流检测和磁通量相关的检测，因其可以检测到材料内部的变化情况，而且这种检测方法理论基础成熟，检测对象(铁磁性或者非铁磁性导电材料的特性)被磁化后对磁场的影响和关系相对明确，所以电磁检测相关的检测方法是合适的检测手段。

但是，目前常用的电磁检测方案，包括磁粉检测法、金属横截面磁通测量法、漏磁检测法和涡流检测法等等，有的虽然有高的精度，还可以作缺陷的细分。但广泛应用于专业检测机构或实验室，在工业现场所见不多。究其原因，有的信号发生和处理的方案复杂，设备要求很高，价格昂贵；有的需要在电脑系统平台运行，不适应工业现场应用；有的依赖人工干预识别，不满足自动连续检测；有的检测灵敏度不能满足，或者响应太慢。

已有电磁检测技术的情况：

常见电磁检测应用中，适用于自动检测的主要有针对铁磁性检测对象的金属横截面磁通测量法(基于一定条件下磁通量和金属横截面积基本成正比的原理)、漏磁检测法和针对非铁磁性检测对象的涡流检测法，目前分别采用不同的检测方法来进行执行。

针对铁磁性检测对象的金属横截面磁通测量法主要应用于譬如钢丝绳横截面积变化检测，首先要使钢丝绳磁饱和，再通过检测线圈或者传感器检测由于横截面积变化引起的磁通变化，转换成电压电流信号，分析处理。

漏磁检测法也针对铁磁性检测对象，同样首先要使钢丝绳磁饱和，再由拾磁线圈检测由于断丝引起的漏磁，转换成电压电流信号，分析处理，以此作为确定断丝的检测依据。

针对非铁磁性检测对象的涡流检测法，通常采用阻抗分析法检测不同检测对象的涡流引起的电抗不同，从而分析检测对象的特性。

以上方法，都比较复杂，体积大，价格高，难以适应连续、在线普遍应用。

电磁检测技术要求解决的技术问题为：

如何使电磁检测的更加简单，可以进行连续、在线、自动，敏感的检测。尤其适应于高速生产过程中，检测对象高速运行的情况，比如线棒材、管材或者其线材所成股绳。

已有电感敏感方法及其存在的缺点：

现有常用于电感的测量或敏感的方法，主要有阻抗分析法、交流电桥法和LC振荡法。

阻抗分析法是将一定频率的交流电源，经过一个电阻，接至待测电感，测量待测电感上电压和电流，计算出感抗。对于微小变化的情况，测量待测电感上电压和电流变化很微弱，阻抗角的变化很小，尤其在高频检测时，相位延迟检测难度大。加上工业现场电磁干扰不确定，检测结果很容易受到各种干扰的影响，因此不适合电磁检测相关在线自动检测。

交流电桥法常用的是将待测电感接入交流电桥，调整交流电桥中的可调电阻和可调电感使电桥平衡，根据平衡时各桥臂的电阻和电感，计算出待测电感，这种方法不容易做到连续自动，所以不适合在线自动检测。

LC振荡法采用LC换能振荡原理，固定C，通过F＝1/[2л(lc)^1/2],检测出F，计算出L。此方法应用多采取三点振荡法，实际应用电路中元件较多，振荡频率受多个元件影响，因而数据波动较大。且电感变化对频率的影响不够敏感，对电磁干扰又敏感，因而这种方式也难以在自动在线连续检测时，满足电磁检测对微小变化可靠敏感的要求。

发明内容

本发明提供一种可在线、连续、自动的电磁无损检测方法及利用电磁无损检测方法的检测电路及系统，使电磁无损检测应用技术能满足于工业现场的应用，适应于生产现场的在线、连续、自动地进行的灵敏的缺陷或质量指标检测以实现对产品质量的控制。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电磁无损质量检测方法包括以下步骤：

一种电磁无损质量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、以一阶RL电路作为磁化线圈的磁化电路，以磁化线圈作为一阶RL电路的电感元件，自动控制电子开关按预置的磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，使一阶RL电路交替进行直流激励响应和零输入响应；

在直流激励响应时通过磁化线圈的直流电流呈规律增加，进行零输入响应时，磁化线圈的电流呈规律减小；

S2、一阶RL电路直流激励响应和零输入响应下，通有电流大小交替变化的直流电流的磁化线圈产生磁场强度交替变化的直流磁场；

S3、将对电磁敏感的检测对象置于S2所述的磁场强度交替变化的直流磁场中，一方面检测对象会被磁场强度交替变化的磁场磁化，另一方面检测对象也会引起磁化线圈磁感应强度或磁通量的变化，进而导致磁化线圈电感的变化；当检测检测对象发生差异性变化时，会引起磁感应强度或磁通量的变化，进而导致磁化线圈的电感随被检测对象的差异性变化而变化；

S4、通过检测RL电路中磁化线圈的电感，可检测被检测对象的差异性变化，从而判断是否有质量缺陷发生，如钢丝裂纹，表面缺陷、材质变化、钢丝绳断丝，排列不正确等等，或者通过检测磁化线圈的电感来分析被检测对象的电磁特性，从而分析被检测对象的相关特性。如磁通量相关的钢丝截面积、镀层钢丝锌层厚度等等。

以一阶RL电路作为磁化电路，在直流激励响应和零输入响应为磁化线圈通电或断电瞬间形成变化的磁化电流，产生变化的磁场，检测对象于此磁场内作为磁介质被磁化，同时，如果检测对象是导电材料，磁场的变化，将导致在检测对象产生涡流现象。

作为磁介质的检测对象，其磁路、磁阻和磁导率将影响这里的磁场；如果检测对象是导电材料，将导致在检测对象产生涡流现象，导电材料的特性也会影响这里的磁场。这些对磁场的影响，对磁化电路而言，引起对磁化线圈电感的影响。检测对象电磁特性的变化，会影响磁化线圈的电感的变化。

所述检测对象的电磁特性及其变化，包括检测对象材质或外形及其变化，都会引起相关的磁路、磁阻、磁导率的变化，或者引起涡流及其变化，包括但不限于：导电铁磁性管材、棒线材的表面缺陷、裂纹、材料掺杂质、含碳量变化等缺陷；或者其线材成股成绳后的断丝、断股、锈鉵、背丝等缺陷；或者导电铁磁性棒材表面的非铁磁性导电镀层厚度等特性或变化。可通过基于一阶RL电路直流激励响应和零输入响应的磁化线圈电感敏感方法检测磁化线圈电感(包括检测对象的影响)及其变化而检测出来。

所述检测对象电磁特性及其变化，还包括相关的磁路、磁阻、磁导率基本不变，只有引起涡流的变化的材质或外形及其变化，包括但不限于：非铁磁性导电管材、线材或线缆的表面变化。可通过一种基于一阶RL直流激励响应和零输入响应电路检测磁化线圈电感(包括检测对象的影响)的变化而检测出来

比如在检测对象为线棒材、管材或者其线材所成股绳时：针对铁磁性检测对象的金属横截面磁通测量法中，譬如检测对象是钢丝绳时，通过磁化线圈时，横截面积变化，引起穿过磁化线圈的磁通量的变化，也引起了磁化线圈电感的变化；使检测对象通过磁化线圈时，断丝引起了漏磁产生，引起穿过磁化线圈的磁通量的变化，同时也引起了磁化线圈电感的变化；涡流本身也会产生磁场，对磁化线圈的磁场起到反磁场的作用，使通过磁化线圈的磁通发生变化，使磁化线圈的电感发生变化。涡流检测时，当检测对象置于磁化线圈的交变磁场中，检测对象不变时，涡流引起的磁化线圈的电感发生的变化不变，也就是说电感是一定的；检测对象改变时，涡流发生改变，反磁场的作用改变，涡流引起的磁化线圈的电感变化也改变，也就是说，检测对象改变时，引起了磁化线圈电感的改变。所以，检测磁化线圈电感的情况，可以检测这些对象的情况。尤其对于检测对象为线棒材、管材或者其线材所成股绳时，经过适当处理，检测磁化线圈电感的情况，也就检测出产品质量情况。

进一步的，S4中在RL电路中检测磁化线圈电感的方法为：通过自动控制电子开关控制以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路循环进入直流激励响应状态和零输入响应状态，在直流激励响应状态时，磁化线圈的电流呈指数规律增加；在零输入响应状态时，磁化线圈的电流呈指数规律减小；

根据预设的通过磁化线圈的磁化电流的最大电流I_max和最小电流I_min，自动控制电子开关开通，使一阶RL电路进入直流激励响应状态

所述一阶RL电路直流激励响应，电子开关在预置的最小磁化电流I_min时，导通磁化线圈供电回路，一阶RL电路响应此直流激励，磁化电流增加；

从电路理论上分析，电流响应如下：

i_l(t)＝I_l(∞)+[I_l(0+)-I_l(∞)]e^(-t/τ)

I_l(∞)＝U/R

I_l(0+)＝I_min

τ＝L/R

i_l(t)＝U/R-[U/R-I_min]e^(-t/τ) 2-1

其中

U：磁化电路供电电压

L：磁化线圈电感

R：磁化线圈供电回路总等效电阻

I_min：磁化电流最小值

τ：磁化线圈供电回路时间常数

在直流激励响应状态，磁化线圈的磁化电流上升，当磁化线圈的磁化电流上升达到预设的最大电流I_max时，自动控制电子开关使一阶RL电路切换至零输入响应状态。

所述一阶RL电路零输入响应，上述磁化电流增加至预置最大磁化电流I_max时，切断磁化线圈供电回路，之后，磁化线圈中的电流通过续流回路续流并减小；

从电路理论上分析，电流响应如下：

i_l(t)＝I_l(∞)+(I_l(0+)-I_l(∞))e^(-t/τ1)

I_l(∞)＝0,I_l(0+)＝I_max

τ1＝L/R1

i_l(t)＝I_maxe^(-t/τ1) 2-2

其中

L：磁化线圈电感

R1：续流回路总等效电阻

I_max：磁化电流最大值

τ1：磁化回路时间常数

在零输入响应状态，磁化线圈的磁化电流下降，当磁化线圈的电流下降到预设的最小电流I_min时，自动控制电子开关使一阶RL电路切换至直流激励响应状态，重复直流激励响应状态下的过程。

这样，使所述一阶RL电路交替在直流激励响应状态和零输入响应状态之间循环。

所述一阶RL电路直流激励响应过渡过程的电流时间曲线函数，当最大和最小磁化电流预置不变，且电路中其他参数不变时，过渡过程时间和磁化线圈的电感是线性关系：

将I_max代入式2-1中i_l(t)时：

I_max＝U/R-(U/R-I_min)e^(-t/τ)

e^(-t/τ)＝(U/R-I_max)/U/R-I_min

t/τ＝Ln((U/R-I_min)/(U/R-I_max)) 2-3

当电流为I_max，时间t为I_min至I_max的过渡过程时间T，可见T和τ是线性关系，当电压和电阻不变，T和L是线性关系。

所述一阶RL电路零输入响应过渡过程的电流时间曲线函数，当最大和最小磁化电流预置不变，且电路中其他参数不变时，过渡过程时间和磁化线圈的电感是线性关系：

将I_min代入式2-2中i_l(t):

I_min＝I_maxe^(-t/τ1)

e^(-t/τ1)＝I_min/I_max

t/τ1＝Ln(I_max/I_min) 2-4

当电流为I_min，时间t为I_max至I_min的过渡过程时间T1，可见当I_max、I_min不变时，Ln(I_max/I_min)为常数，当电阻不变时，T1和L是线性关系。

预先设置好磁化线圈的最大电流Imax和最小电流Imin，保持电路中其他参数不变时，磁化线圈电流变化过程的时间与磁化线圈的电感大小成线性关系，可采样各响应状态电流变化过程的时间或这两个响应状态循环变化的频率来表征RL电路中将磁化线圈的电感变化信号。优选的，可采样以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路处于直流激励响应状态的时间，或者以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路处于零输入响应状态的时间或者以上两个状态时间之和，均可线性的表征磁化线圈的电感大小。

上述过程中，任何一个过渡过程时间或者循环周期时间和磁化线圈的电感是线性关系，T＝K*L。相比经典应用的LC振荡的周期时间，T＝K(L*C)^1/2,当C不变时，T＝K*L^1/2。所述基于一阶RL电路直流激励响应和零输入响应的磁化线圈电感检测方法，对磁化线圈的电感的变化更加敏感和直接。

进一步的，S4中通过以下方法，在以磁化线圈作为一阶RL电路的电感元件的磁化电路中，来检测磁化线圈电感的变化：

当被检测对象未发生差异性变化，未引起磁化线圈电感产生变化时，磁化线圈处于直流激励响应状态的时间和磁化线圈处于零输入响应状态时间在循环重复时恒定不变；

当被检测对象发生差异性变化引起磁化线圈电感产生变化时，上述两个响应状态的时间，将随着磁化线圈电感变化而变化，检测上述两个响应状态的时间，或者检测其中任何一个响应状态的时间，或者检测这两个响应状态循环变化的频率，即可敏感检测出磁化线圈的电感变化。

当预置了最大和最小磁化电流后，当电子开关导通时，磁化线圈中的电流按一阶RL电路直流激励响应变化；当电子开关关断时，磁化线圈中的电流通过续流回路续流并按一阶RL电路零输入响应变化。

因此，当一阶RL电路状态在直流激励响应状态和零输入响应状态之间往复循环时，两个状态过程的时间，将随着磁化线圈电感变化而变化，检测上述的两个状态过程的时间，或者检测任何其中一个时间，从而就敏感了磁化线圈的电感。而且，当最大和最小磁化电流预置不变，且电路中其他参数不变时，当检测对象不变、磁化线圈的电感没有变化时，前述两个状态过程的时间均不变，循环周期时间T也是不变的，因而检测过程是可以重复并加以验证确定的或者也可采取其他算法譬如适应的滤波计算，因此本发明的检测结果具有高度的可比性和可靠性。

进一步的，在S3中将生产线中实时连续运行的检测对象置于磁场强度连续交替变化的直流磁场中，从而实现检测对象的实时连续在线自动检测。由于一阶RL电路直流激励响应状态和零输入响应状态之间往复循环，因此检测过程是连续的，所以对于运行中的检测对象，可作实时连续在线自动检测。

进一步的，磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min可根据实际检测对象设定不同的数值，从而可以调节用于磁化被检测对象的磁场强度，和磁化线圈处于直流激励响应状态和零输入响应状态过程的时间，或者两个响应状态循环变化的频率。

磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min可以依靠独立程序设定，实际应用中可以通过试验手动或自动选择最适合的最大和最小磁化电流。以此用不同的磁场强度磁化不同的检测对象，可适应不同的材质和不同的应用目的。

进一步的，对一阶RL电路进行直流激励响应时的电压是可调的，与磁化线圈组成一阶RL电路的限流电阻是独立可选择的，从而适用于不同的检测对象。结合磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min的设定可以选择决定磁化线圈上不同的电流变化率，也即磁化线圈产生不同的磁场变化率。以此选择不同的磁场变化率，可适应不同的应用目的或者检测对象的不同材质和现场需要。

一种用于电磁无损质量检测的检测电路，包括供电接入的直流稳压电源、磁化线圈和限流电阻组成的一阶RL电路、以及励磁电流电子开关的回路，所述磁化线圈连接到续流回路，用以在励磁电流电子开关关断时，磁化线圈续流；

所述励磁电流电子开关用于控制所述磁化线圈和所述限流电阻组成的一阶RL电路与所述直流供电稳压电源导通或断开，控制一阶RL电路进入或退出直流激励响应状态；

励磁电流电子开关导通时，磁化电流从所述直流供电稳压电源正极，经过所述限流电阻，流入所述磁化线圈，经过所述励磁电流电子开关接入所述直流供电稳压电源负极；

一阶RL电路进入直流激励响应状态，在磁化线圈磁化电流达到设定的最大电流I_max时，励磁电流电子开关断开；

所述励磁电流电子开关断开时，续流回路提供磁化线圈的续流通道，一阶RL电路进入零输入响应状态，磁化电流按指数规律下降；直至磁化电流达到设定的最小电流I_min，励磁电流电子开关再次导通，如此交替循环进行磁化线圈的直流激励响应和零输入响应。

优选的，使一阶RL电路进行直流激励响应状态时，为一阶RL电路供电的直流稳压电源的电压是可调的，与磁化线圈组成一阶RL电路的限流电阻是独立可选择的，从而可以调节电流变化率，进而调节用于磁化被检测对象的磁场强度的变化率，以适用不同的检测对象。

一种利用电磁无损检测方法的检测系统，包括上述的检测电路，还包括磁化电流采样单元、电压比较单元、磁化电流转换对应控制电压设定单元、磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元、电感敏感信号处理与输出单元；

所述磁化线圈和所述限流电阻间设有电压采样点，所述电流采样单元采集所述电压采样点的对地电压，处理后输出至所述电压比较单元；

所述磁化电流转换对应控制电压设定单元接根据预设的磁化电流信息，设定所述磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min的谷值电压和峰值电压，在对一阶RL电路进行直流激励响应阶段时，当磁化线圈的磁化电流达到最大电流I_max时，所述磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元关断励磁电流电子开关，导通续流回路，使一阶RL电路进入零输入响应状态；磁化电流按指数规律下降，直至磁化电流达到设定的最小电流I_min，励磁电流电子开关再次导通，如此交替循环进磁化线圈的直流激励响应和零输入响应；

所述电感敏感信号处理与输出单元用于采样直流激励响应阶段的时间和零输入响应阶段的时间，处理并输出电感信号的变化结果。

优选的，利用电磁无损检测方法的检测系统，还包括微处理单元，所述述微处理单元包括磁化电流设置单元、系统参数设置单元和被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元；

所述磁化电流设置单元用于设置磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，并将信号输出给磁化电流转换对应控制电压设定单元；

所述系统参数设置单元用于设置相关的运行数据；

所述被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元用于根据电感敏感信号处理与输出单元输出的信号，结合被检测对象的特点和相关的参数设置，分析处理，以图文、数字或模拟量或者通讯等不同形式输出。

有益效果：

本发明提供的电磁无损质量检测方法通过对一阶RL电路对磁化线圈交替进行直流激励响应和零输入响应，使得磁化线圈产生的直流磁场的磁场强度随电流的变化而交替变化；将对电磁敏感的检测对象置磁场强度交替变化的直流磁场中后，磁化线圈电感会发生变化，而电感的变化与磁化线圈处于直流激励响应阶段的时间和磁化线圈处于零输入响应阶段时间成线性关系，从而可以巧妙而敏感的检测出被检测对象的性能参数引起的磁化线圈电感的变化，解决了电磁检测不能在线、自动、连续敏感检测的缺陷。本发明的电磁无损质量检测方法的实时性好，敏感度高，可靠性高，可适用于线材、棒材或线缆等高速生产过程中的缺陷在线检测和对质量指标的连续、实时、自动检测，以达到提高质量和减少不合格品的目的，可在生产过程中及时发现问题，及时纠正，减少次品率，减小损耗，节约资源，提高产品质量性能，减小安全隐患。

本发明尤其适用于譬如检测对象为线棒材、管材或者其线材所成股绳时，正常情况时，其结构没有突变，采用适当的工作参数，可以及时在生产过程中，在线检测及时发现股绳结构的断丝缺丝，起鼓，背丝等缺陷；在线检测线材、棒材的缺陷，镀层厚度等性能参数。因棒材、管材及股绳结构等产品的生产过程通常是连续性的，质量问题往往也会成批发生。如果缺少有效的实时在线检测，很难及时发现产品的质量或性能改变，甚至有的产品直到客户反馈投诉，才能发现质量问题，而此时连续性生产已产生了大量的次品，造成了很大的浪费和安全隐患。

附图说明

图1是本发明所述一种利用电磁无损检测方法的检测系统结构图；

图2是本发明所述一种利用电磁无损检测方法的检测电路示意图；

图3是本发明实施例中的磁化电流波形图例；

图4是本发明实施例中的电压采样点的电压波形图例。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例

参见图1所示的一种利用电磁无损检测方法的检测系统，其主电路部分如图2所示意：

本方案以一阶RL电路作为磁化电路，以磁化线圈作为一阶RL电路的电感元件，包括供电接入的直流稳压电源、磁化线圈和限流电阻组成的一阶RL电路、以及电流电子开关B的续流回路，磁化线圈连接到续流回路，用以在电流电子开关B开关关断时，磁化线圈续流；

磁化线圈和限流电阻组成的一阶RL电路接入直流供电稳压电源和电流电子开关A的回路，直流供电稳压电源正极连接限流电阻一端，磁化线圈另一端连接电流电子开关A输入，电流电子开关A控制端受控于下述的励磁电流电子开关驱动单元，电流电子开关A输出端接直流供电稳压电源的负极；续流回路接在限流电阻与磁化线圈输入相连接的一端。

电流电子开关A导通时，磁化电流从所述直流供电稳压电源正极，经过所述限流电阻，流入磁化线圈，经过电流电子开关A接入直流供电稳压电源负极，此时对一阶RL电路进行直流激励响应；磁化线圈还单独串联接入一具有电流电子开关B的续流回路；电流电子开关A断开时，电流电子开关B导通，磁化线圈与续流回路连通，此时对一阶RL电路进行零输入响应。

在进行直流激励响应阶段时，磁化线圈的电流呈指数规律增加；在进行零输入响应阶段时，磁化线圈的电流呈指数规律减小。

预设通过磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，在对一阶RL电路进行直流激励响应阶段时，当磁化线圈的电流达到最大电流I_max时切换至零输入响应；在对一阶RL电路进行零输入响应阶段时，当磁化线圈的电流达到最小电流I_min时切换至直流激励响应；采样直流激励响应阶段的时间T和零输入响应阶段的时间T₁。

一阶串联RL电路在直流激励响应状态和零输入响应状态之间往复循环，磁化线圈中的磁化电流在预置最大和最小磁化电流之间往复变化，当最大和最小磁化电流预置不变，且电路中其他参数不变时，当检测对象不变、磁化线圈的电感没有变化时，前述两个状态过程的时间均不变，直流激励响应阶段的时间T和零输入响应阶段的时间T₁的值为常数，且检测过程是连续的。

未知位置具有缺陷的连续工件通过所述的磁化线圈，通过采样直流激励响应阶段的时间T和零输入响应阶段的时间T₁，当T或T₁发生变化时，可以定位出工件缺陷的位置。

相关应用过程中，直流激励响应和零输入响应为磁化线圈通电或断电瞬间形成变化的磁化电流，产生变化的磁场，检测对象于此磁场内作为磁介质被磁化，同时，如果检测对象是导电材料，磁场的变化，将导致在检测对象产生涡流现象。

作为磁介质的检测对象，其磁路、磁阻和磁导率将影响这里的磁场；如果检测对象是导电材料，将导致在检测对象产生涡流现象，导电材料的特性也会影响这里的磁场。这些对磁场的影响，对磁化电路而言，引起对磁化线圈电感的影响。

检测对象电磁特性及其变化，影响了磁化线圈的电感(包括检测对象的影响)及其变化。

检测对象的电磁特性及其变化，包括检测对象材质或外形及其变化，这会引起相关的磁路、磁阻、磁导率及其变化，或者引起涡流及其变化，包括但不限于：导电铁磁性管材、棒线材的表面缺陷、裂纹、材料掺杂质、含碳量变化等缺陷；或者其线材成股成绳后的断丝、断股、锈鉵、背丝等缺陷；或者导电铁磁性棒材表面的非铁磁性导电镀层厚度等特性或变化。

检测对象电磁特性及其变化，还包括相关的磁路、磁阻、磁导率基本不变，只有引起涡流的变化的材质或外形及其变化，包括但不限于：非铁磁性导电管材、线材或线缆的表面变化。

实施例为通用型式，改变不同的磁化线圈，电阻，采用不同的磁化电流，便可组成不同的钢丝缺陷检测仪、钢丝绳(譬如起重用钢丝绳，轮胎用钢帘线)缺陷检测仪等等。

图1为利用电磁无损检测方法的检测系统，包括图2所示的一阶RL电路，还包括电流采样单元、电压比较单元、磁化电流转换对应控制电压设定单元、微处理单元、磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元、电感敏感信号处理与输出单元；其连接关系如图所示。

磁化线圈和所述限流电阻间设有电压采样点，电流采样单元采集电压采样点的对地电压，处理后输出至电压比较单元，以参与磁化电流开关转换控制逻辑的分析。如主电路所述，电压采样点的对地电压随着磁化线圈中的磁化电流增加而减小，随着磁化线圈中的磁化电流减小而增加。

磁化电流转换对应控制电压设定单元接收微处理单元的预设的磁化电流信息，设定所述磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min的谷值电压和峰值电压，在对一阶RL电路进行直流激励响应阶段时，当所述磁化线圈的磁化电流达到最大电流I_max时，磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元关断电流电子开关A，导通电流电子开关B，使一阶RL电路进入零输入响应；磁化电流通过续流回路减小，当磁化电流达到最小电流I_min时，磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元导通电流电子开关A，关断电流电子开关B，磁化电流增加，一阶RL电路又进入直流激励响应阶段。

电压比较单元比较磁化电流采样单元的电压信号和磁化电流转换对应控制电压设定单元设定的对应磁化线圈磁化电流最大值和最小值的谷值电压和峰值电压，分别输出给下述磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元。

磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元，根据前述的电压比较单元输出信号，及时判断是否改变磁化电流开关状态，并循环驱动执行，具体过程如下：

过程一：在电流电子开关A导通，电流电子开关B关断时，磁化线圈的磁化电流会指数规律上升，电流采样单元的电压信号会呈指数规律下降，当电流采样单元的电压信号下降至磁化电流转换对应控制电压设定单元设定的对应磁化线圈磁化电流最大值的谷值电压时，上述电压比较单元会输出比较结果改变输出状态信号，磁化电流开关转换控制逻辑单元接受到此状态信号，导通电流电子开关B，关断电流电子开关A。此后，磁化线圈磁化电流会指数规律下降，电流采样单元的电压信号随之上升。

过程二：当电流采样单元的电压信号上升至磁化电流转换对应控制电压设定单元设定的对应磁化线圈最小磁化电流的峰值电压时，上述电压比较单元会输出比较结果改变输出状态信号，磁化电流开关转换控制逻辑单元接受到此状态信号，会导通电流电子开关A，关断电流电子开关B。此后，状态至过程一，磁化电流周期性地在上述过程一和过程二两个状态之间循环。

上述两个过程下磁化电流波形如图3-1所示；两个状态下电压采样点的对地电压波形如图3-2所示。

电感敏感信号处理与输出单元采样直流激励响应阶段的时间T和零输入响应阶段的时间T₁，并将结果传输至微处理单元，通过微处理单元进行比对报警等。

所述述微处理单元包括磁化电流设置单元、系统参数设置单元和被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元；

所述磁化电流设置单元用于设置磁化线圈的最大电流Imax和最小电流Imin，并将信号输出给磁化电流转换对应控制电压设定单元；

所述系统参数设置单元用于设置相关的运行数据；

所述被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元用于根据电感敏感信号处理与输出单元输出的信号，结合被检测对象的特点和相关的参数设置，分析处理，以图文、数字或模拟量或者通讯等不同形式输出。

被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出是根据上述电感敏感信号处理与输出单元输出的信号，结合被检测对象的特点和相关的参数设置，分析处理，以图文、数字或模拟量或者通讯等不同形式输出。

上述磁化电流周期性地在上述两个过程循环，从设置好的最大值到最小值，又从最小值到最大值循环变化，其周期取决于以下几个方面：

a：直流供电稳压电源电压的大小；

b：限流电阻阻值；

c：磁化电流转换对应控制电压设定；

d：以及磁化线圈(包括检测对象的影响)等效电感值。

实际上，针对不同的检测对象和检测目的，也就是在不同的应用时，上述几个方面都会有所不同。

但针对一个特定的应用时，通常保持上述a、b、c项不变或者部分参数按规律改变。针对特定的a、b、c取值，上述磁化电流上升过程时间、下降过程时间、或周期或频率，便都是磁化线圈(包括检测对象的影响)等效电感值的单值函数，可以作为电感敏感信号，经过所设计好的处理并输出。

现以采用本发明对钢丝绳进行质量检验为例来说明具体的检测过程：系统工作时，作为被检测对象的钢丝绳检从比钢丝稍粗的螺线管磁化线圈通过，钢丝绳的特性会影响磁化线圈的电感，并通过检测电感敏感信号—过渡过程时间或变化频率，检测出来。当钢丝绳正常时，材料的一致性比较好，磁场特性的一致性比较好，磁化线圈的电感比较一致，检测到的过渡过程时间或变化频率比较一致。当钢丝绳不正常时，磁场特性不一致，磁化线圈的电感会有变化，并通过检测电感敏感信号—过渡过程时间或变化频率，可以检测出这种情况下不一致，信号输入微处理单元，与预设的参数比较，判断确认，输出缺陷信号。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电磁无损质量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、以一阶RL电路作为磁化线圈的磁化电路，以磁化线圈作为一阶RL电路的电感元件，自动控制电子开关按预置的磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，使一阶RL电路交替进行直流激励响应和零输入响应；

在直流激励响应时通过磁化线圈的直流电流呈规律增加，进行零输入响应时，磁化线圈的电流呈规律减小；

S2、一阶RL电路直流激励响应和零输入响应下，通有电流大小交替变化的直流电流的磁化线圈产生磁场强度交替变化的直流磁场；

S3、将对电磁敏感的检测对象置于S2所述的磁场强度交替变化的直流磁场中，一方面检测对象会被磁场强度交替变化的磁场磁化，另一方面检测对象也会引起磁化线圈磁感应强度或磁通量的变化，进而导致磁化线圈电感的变化；当检测检测对象发生差异性变化时，会引起磁感应强度或磁通量的变化，进而导致磁化线圈的电感随被检测对象的差异性变化而变化；

S4、通过检测RL电路中磁化线圈的电感，可检测被检测对象的差异性变化，从而判断是否有质量缺陷发生，或者通过检测磁化线圈的电感来分析被检测对象的电磁特性，从而分析被检测对象的相关特性。

2.如权利要求1所述的电磁无损质量检测方法，其特征在于，S4中在RL电路中检测磁化线圈电感的方法为：通过自动控制电子开关控制以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路循环进入直流激励响应状态和零输入响应状态，在直流激励响应状态时，磁化线圈的电流呈指数规律增加；在零输入响应状态时，磁化线圈的电流呈指数规律减小；预先设置好磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，保持电路中其他参数不变时，磁化线圈电流变化过程的时间与磁化线圈的电感大小成线性关系，可采样各响应状态电流变化过程的时间或这两个响应状态循环变化的频率来放大RL电路中将磁化线圈的电感变化信号。

3.如权利要求2所述的电磁无损质量检测方法，其特征在于，可采样以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路处于直流激励响应状态的时间，或者以磁化线圈作为电感元件的一阶RL电路处于零输入响应状态的时间或者以上两个状态时间之和，均可线性地表征磁化线圈的电感大小。

4.如权利要求1(2)所述的电磁无损质量检测方法，其特征在于，S4中通过以下方法，在以磁化线圈作为一阶RL电路的电感元件的磁化电路中，来检测磁化线圈电感的变化：

根据预设的通过磁化线圈的磁化电流的最大电流I_max和最小电流I_min，自动控制电子开关开通，使一阶RL电路进入直流激励响应状态；

在直流激励响应状态，磁化线圈的磁化电流上升，当磁化线圈的磁化电流上升达到预设的最大电流I_max时，自动控制电子开关关断使一阶RL电路切换至零输入响应状态。

在零输入响应状态，磁化线圈的磁化电流下降，当磁化线圈的电流下降到预设的最小电流I_min时，自动控制电子开关开通使一阶RL电路切换至直流激励响应状态，重复直流激励响应状态下的过程；

接下来，使所述一阶RL电路交替在直流激励响应状态和零输入响应状态之间循环；

当被检测对象未发生差异性变化，未引起磁化线圈电感产生变化时，磁化线圈处于直流激励响应状态的时间和磁化线圈处于零输入响应状态时间在循环重复时恒定不变；

当被检测对象发生差异性变化引起磁化线圈电感产生变化时，上述两个响应状态的时间，将随着磁化线圈电感变化而变化，检测上述两个响应状态的时间，或者检测其中任何一个响应状态的时间，或者检测这两个响应状态循环变化的频率，即可敏感检测出磁化线圈的电感变化。

5.如权利要求1所述的电磁无损质量检测方法，其特征在于，在S3中将生产线中实时连续运行的检测对象置于磁场强度连续交替变化的直流磁场中，从而实现检测对象的实时连续在线自动检测。

6.如权利要求1-5任一项所述的电磁无损质量检测方法，其特征在于：磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min可根据实际检测对象设定不同的数值，从而可以调节用于磁化被检测对象的磁场强度，和磁化线圈处于直流激励响应状态和零输入响应状态过程的时间，或者两个响应状态循环变化的频率。

7.一种用于电磁无损质量检测的检测电路，其特征在于：包括供电接入的直流稳压电源、磁化线圈和限流电阻组成的一阶RL电路、以及励磁电流电子开关的回路，所述磁化线圈连接到续流回路，用以在励磁电流电子开关关断时，磁化线圈续流；

所述励磁电流电子开关用于控制所述磁化线圈和所述限流电阻组成的一阶RL电路与所述直流供电稳压电源导通或断开，控制一阶RL电路进入或退出直流激励响应状态；

励磁电流电子开关导通时，磁化电流从所述直流供电稳压电源正极，经过所述限流电阻，流入所述磁化线圈，经过所述励磁电流电子开关接入所述直流供电稳压电源负极；

一阶RL电路进入直流激励响应状态，在磁化线圈磁化电流达到设定的最大电流I_max时，励磁电流电子开关断开；

所述励磁电流电子开关断开时，续流回路提供磁化线圈的续流通道，一阶RL电路进入零输入响应状态，磁化电流按指数规律下降；直至磁化电流达到设定的最小电流I_min，励磁电流电子开关再次导通，如此交替循环进行磁化线圈的直流激励响应和零输入响应。

8.如权利要求7所述的用于电磁无损质量检测的检测电路，其特征在于，使一阶RL电路进行直流激励响应状态时，为一阶RL电路供电的直流稳压电源的电压是可调的，与磁化线圈组成一阶RL电路的限流电阻是独立可选择的，从而可以调节电流变化率，进而调节用于磁化被检测对象的磁场强度的变化率，以适用不同的检测对象。

9.一种利用电磁无损检测方法的检测系统，其特征在于包括检测电路，该检测电路包括磁化线圈和限流电阻组成的一阶RL电路接入直流供电稳压电源和励磁电流电子开关的回路，所述磁化线圈还单独接入有续流回路；

所述励磁电流电子开关用于控制所述磁化线圈和所述限流电阻组成的一阶RL电路与所述直流供电稳压电源的回路；

励磁电流电子开关导通时，磁化电流从所述直流供电稳压电源正极，经过所述限流电阻，流入所述磁化线圈，经过所述励磁电流电子开关接入所述直流供电稳压电源负极，磁化线圈进行直流激励响应，在磁化线圈磁化电流达到设定的最大电流I_max时，励磁电流电子开关断开；

所述励磁电流电子开关断开时，续流回路提供磁化线圈的续流通道，磁化线圈进行零输入响应，磁化电流按指数规律下降，直至磁化电流达到设定的最小电流I_min，励磁电流电子开关再次导通，如此交替循环进磁化线圈的直流激励响应和零输入响应。

10.如权利要求9所述的利用电磁无损检测方法的检测系统，其特征在于，还包括磁化电流采样单元、电压比较单元、磁化电流转换对应控制电压设定单元、磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元、电感敏感信号处理与输出单元；

所述磁化线圈和所述限流电阻间设有电压采样点，所述电流采样单元采集所述电压采样点的对地电压，处理后输出至所述电压比较单元；

所述磁化电流转换对应控制电压设定单元接根据预设的磁化电流信息，设定所述磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min的谷值电压和峰值电压，在对一阶RL电路进行直流激励响应阶段时，当磁化线圈的磁化电流达到最大电流I_max时，所述磁化电流开关转换控制逻辑与磁化电流开关驱动单元关断励磁电流电子开关，导通续流回路，使一阶RL电路进入零输入响应状态；磁化电流按指数规律下降，直至磁化电流达到设定的最小电流I_min，励磁电流电子开关再次导通，如此交替循环进磁化线圈的直流激励响应和零输入响应；

所述电感敏感信号处理与输出单元用于采样直流激励响应阶段的时间和零输入响应阶段的时间，或者其循环变化的频率，处理并输出电感信号的变化结果。

11.如权利要求10或9所述的利用电磁无损检测方法的检测系统，其特征在于，还包括微处理单元，所述述微处理单元包括磁化电流设置单元、系统参数设置单元和被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元；

所述磁化电流设置单元用于设置磁化线圈的最大电流I_max和最小电流I_min，并将信号输出给磁化电流转换对应控制电压设定单元；

所述系统参数设置单元用于设置相关的运行数据；

所述被检产品缺陷和相关质量指标的分析处理并输出单元用于根据电感敏感信号处理与输出单元输出的信号，结合被检测对象的特点和相关的参数设置，进行分析处理并输出。

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