CN111998763A - 高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，通过导磁杆将磁场聚集在高温金属件上表面，在导磁杆下方放置两个线圈。同时在两个金属线圈施加两个频率差异较大的激励信号，从而形成两束不同频率的超声波，两束超声波在传播过程中，遇到异质界面则会发生混频现象。假设两个线圈的激发频率分别为a和b，则在异质界面(被测金属体下端面)会叠加出(a+b)/2频率的超声波。通过对接收信号进行小波变换处理，则可以通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。其中，超声波检测仪检测的超声波信号通过放大、滤波和模数转换后传输至数据处理装置；然后依次传输至数据通信装置和数据显示装置。

Description

高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法

技术领域

本发明属于金属体厚度测量技术领域，具体涉及高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法。

背景技术

现有技术中虽然可以使用导磁杆将外界磁场聚磁在高温金属体上表面，但导磁材料在高温下的导磁性能会急剧下降，导致聚磁在高温金属体上表面的磁场比较微弱，形成的超声波也很微弱(但如果不用导磁杆，则会完全没有磁场)。而传统的电磁超声测量金属厚度是通过超声波的幅值信号进行厚度测量的，即如图1所示，通过信号的幅值判断出发射信号和回波信号，再利用信号间的时间差，即可得出被测金属体的厚度。

但是，如果外加磁场很微弱，再加上高温下金属体的热噪声很强，会导致接收信号的很杂乱，无法利用信号幅值判断出发生信号和回波信号，如图2所示。

因此,现阶段需设计一种高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题；如：虽然可以使用导磁杆将外界磁场聚磁在高温金属体上表面，但导磁材料在高温下的导磁性能会急剧下降，导致聚磁在高温金属体上表面的磁场比较微弱，形成的超声波也很微弱(但如果不用导磁杆，则会完全没有磁场)。而传统的电磁超声测量金属厚度是通过超声波的幅值信号进行厚度测量的，通过信号的幅值判断出发射信号和回波信号，再利用信号间的时间差，即可得出被测金属体的厚度。但是，如果外加磁场很微弱，再加上高温下金属体的热噪声很强，会导致接收信号的很杂乱，无法利用信号幅值判断出发生信号和回波信号。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，包括以下步骤：

S1：提供一磁体，并将所述磁体放置于常温环境中；

S2：在所述磁体下方设置一导磁杆，所述导磁杆呈上大下小状，目的是增加导磁杆聚磁功能，从而增大被测件上表面的剩磁强度；且所述导磁杆由若干高导磁性材料加工的金属薄片通过高温胶层层粘接而成；

S3：在所述导磁杆下方水平设置第一线圈和第二线圈；且所述第一线圈和所述第二线圈水平间隔防止在待测金属体上端面；且所述被测金属体的环境温度为不超过600℃；

S4：实时测量线圈在被测金属上表面激发的超声波信号，及在被测金属件下表面反射至上表面的超声波回波信号；其中，所述第一线圈的激励信号频率为a，所述第二线圈的激励信号频率为b，其中a不等于b，两束不同频率的超声波信号分别独立向待测金属体下端面传播，在待测金属体下端面叠加出频率为(a+b)/2的超声波信号，然后该超声波信号反射至待测金属体上端面，通过对该超声波信号进行小波变换处理，并通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。

进一步的，在步骤S1中，通过温度调节装置对所述磁体的环境温度进行实时调节，使得所述磁体的环境温度始终处于常温。

进一步的，在步骤S3中，提供第一线圈检测装置和第二线圈检测装置；

所述第一线圈检测装置用于检测所述第一线圈的磨损程度，即为第一磨损程度，当所述第一磨损程度与预设的第一标准磨损程度不匹配时，所述第一线圈检测装置进行所述第一线圈已损坏的异常报警；

所述第二线圈检测装置用于检测所述第二线圈的磨损程度，即为第二磨损程度，当所述第二磨损程度与预设的第二标准磨损程度不匹配时，所述第二线圈检测装置进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

进一步的，所述第一线圈检测装置包括第一磨损检测器、第一处理器、第一存储器、第一报警器；

所述第一磨损检测器与所述第一处理器连接；所述第一磨损检测器实时检测所述第一磨损程度并发送至第一处理器；

所述第一处理器分别与所述第一存储器和所述第一报警器连接；所述第一处理器接收所述第一磨损程度，并从所述第一存储器中调取所述第一标准磨损程度，将所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行比较，当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时，第一处理器控制第一报警器进行所述第一线圈已损坏的异常报警。

进一步的，还提供第一磨损输出检测装置和第一磨损输入检测装置；

当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时；

第一处理器控制所述第一磨损输入检测装置动作，对第一处理器的输入端进行检测，若第一处理器的输入端不存在第一磨损程度信号输入，则第一处理器控制所述第一磨损输出检测装置动作，对第一磨损检测器的输出端进行检测；

若第一磨损检测器的输出端不存在第一磨损程度信号输出，则进行第一磨损检测器故障报警，若第一磨损检测器的输出端存在第一磨损程度信号输出，则进行第一处理器故障报警。

进一步的，所述第二线圈检测装置包括第二磨损检测器、第二处理器、第二存储器、第二报警器；

所述第二磨损检测器与所述第二处理器连接；所述第二磨损检测器实时检测所述第二磨损程度并发送至第二处理器；

所述第二处理器分别与所述第二存储器和所述第二报警器连接；所述第二处理器接收所述第二磨损程度，并从所述第二存储器中调取所述第二标准磨损程度，将所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行比较，当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时，第二处理器控制第二报警器进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

进一步的，还提供第二磨损输出检测装置和第二磨损输入检测装置；

当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时；

第二处理器控制所述第二磨损输入检测装置动作，对第二处理器的输入端进行检测，若第二处理器的输入端不存在第二磨损程度信号输入，则第二处理器控制所述第二磨损输出检测装置动作，对第二磨损检测器的输出端进行检测；

若第二磨损检测器的输出端不存在第二磨损程度信号输出，则进行第二磨损检测器故障报警，若第二磨损检测器的输出端存在第二磨损程度信号输出，则进行第二处理器故障报警。

进一步的，所述第一处理器的判断过程为：

将第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第一次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配，第一处理器保留其第一次比较结果，并等待第一时间间隔后，将此时的第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第二次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第一处理器的判断结果。

进一步的，所述第二处理器的判断过程为：

将第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第一次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配，第二处理器保留其第一次比较结果，并等待第二时间间隔后，将此时的第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第二次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第二处理器的判断结果。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案的一个创新点在于，通过导磁杆将磁场聚集在高温金属件上表面，在导磁杆下方放置两个线圈。同时在两个金属线圈施加两个频率差异较大的激励信号，从而形成两束不同频率的超声波。假设两个线圈的激发频率分别为a和b，超声波产生于待测金属体的上表面，即线圈中通交流激励，在金属上表面感应出涡流，涡流在外加磁场的作用下形成超声波，两束不同频率的超声波分别独立向待测金属体下表面传播，在被测件下表面叠加出(a+b)/2的超声波，然后该超声波反射至待测金属体上表面，最终被检测到。通过计算超声波发射与混频信号的时间，即可计算出被测件的厚度。通过对接收信号进行小波变换处理，则可以通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。其中，超声波检测仪检测的超声波信号通过放大、滤波和模数转换后传输至数据处理装置；然后依次传输至数据通信装置和数据显示装置。

本方案的一个创新点在于，导磁杆由若干高导磁性材料加工的金属薄片，通过高温胶粘接而成。该粘接工艺需保证相邻金属薄片之间必须绝缘。如果导磁杆为一个完整的金属体，则线圈中施加交变激励信号时，也会在导磁杆底部形成感应涡流，在磁场的作用下也会形成超声波，进而被线圈所接收，形成干扰信号。所以为了避免在导磁杆内形成涡流，必须采用片状结构粘接，同时保证粘接的绝缘性。

附图说明

图1是本发明现有技术的常温下电磁超声测量数据示意图。

图2是本发明现有技术的高温下电磁超声测量数据示意图。

图3是本发明具体实施方式的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

现有技术中，虽然可以使用导磁杆将外界磁场聚磁在高温金属体上表面，但导磁材料在高温下的导磁性能会急剧下降，导致聚磁在高温金属体上表面的磁场比较微弱，形成的超声波也很微弱(但如果不用导磁杆，则会完全没有磁场)。而传统的电磁超声测量金属厚度是通过超声波的幅值信号进行厚度测量的，通过信号的幅值判断出发射信号和回波信号，再利用信号间的时间差，即可得出被测金属体的厚度。但是，如果外加磁场很微弱，再加上高温下金属体的热噪声很强，会导致接收信号的很杂乱，无法利用信号幅值判断出发生信号和回波信号。

如图3所示，因此，高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，包括以下步骤：

S1：提供一磁体，并将所述磁体放置于常温环境中；

S2：在所述磁体下方设置一导磁杆，所述导磁杆呈上大下小状，目的是增加导磁杆聚磁功能，从而增大被测件上表面的剩磁强度；且所述导磁杆由若干高导磁性材料加工的金属薄片通过高温胶层层粘接而成；

S3：在所述导磁杆下方水平设置第一线圈和第二线圈；且所述第一线圈和所述第二线圈水平间隔防止在待测金属体上端面；且所述被测金属体的环境温度为不超过600℃；

S4：实时测量线圈在被测金属上表面激发的超声波信号，及在被测金属件下表面反射至上表面的超声波回波信号；其中，所述第一线圈的激励信号频率为a，所述第二线圈的激励信号频率为b，其中a不等于b，则在被测金属体的上端面会叠加出(a+b)/2频率的超声波信号，通过对该超声波信号进行小波变换处理，并通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。

上述方案中，由于磁铁在高温下会失效，因此要置于常温区域；通过导磁杆将磁场聚集在高温金属件上表面，在导磁杆下方放置两个线圈。同时在两个金属线圈施加两个频率差异较大的激励信号，从而形成两束不同频率的超声波。假设两个线圈的激发频率分别为a和b，超声波产生于待测金属体的上表面，即线圈中通交流激励，在金属上表面感应出涡流，涡流在外加磁场的作用下形成超声波，两束不同频率的超声波分别独立向待测金属体下表面传播，在被测件下表面叠加出(a+b)/2的超声波，然后该超声波反射至待测金属体上表面，最终被检测到。通过计算超声波发射与混频信号的时间，即可计算出被测件的厚度。通过对接收信号进行小波变换处理，则可以通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。其中，超声波检测仪检测的超声波信号通过放大、滤波和模数转换后传输至数据处理装置；然后依次传输至数据通信装置和数据显示装置。导磁杆由若干高导磁性材料加工的金属薄片，通过高温胶粘接而成。该粘接工艺需保证相邻金属薄片之间必须绝缘。如果导磁杆为一个完整的金属体，则线圈中施加交变激励信号时，也会在导磁杆底部形成感应涡流，在磁场的作用下也会形成超声波，进而被线圈所接收，形成干扰信号。所以为了避免在导磁杆内形成涡流，必须采用片状结构粘接，同时保证粘接的绝缘性。传统的电磁超声测量只能在120℃进行长期测量，而本方案可以在不超过600℃环境下进行长期测量。

进一步的，在步骤S1中，通过温度调节装置对所述磁体的环境温度进行实时调节，使得所述磁体的环境温度始终处于常温。

使得磁体的环境温度是恒温(即常温)。

由于第一线圈和第二线圈长期处于高温环境，并且和被测金属体之间会产生摩擦，容易出现磨损的情况，磨损会对测量结果造成影响；所以需要及时知晓线圈的磨损情况。

进一步的，在步骤S3中，提供第一线圈检测装置和第二线圈检测装置；

所述第一线圈检测装置用于检测所述第一线圈的磨损程度，即为第一磨损程度，当所述第一磨损程度与预设的第一标准磨损程度不匹配时，所述第一线圈检测装置进行所述第一线圈已损坏的异常报警；

所述第二线圈检测装置用于检测所述第二线圈的磨损程度，即为第二磨损程度，当所述第二磨损程度与预设的第二标准磨损程度不匹配时，所述第二线圈检测装置进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

进一步的，所述第一线圈检测装置包括第一磨损检测器、第一处理器、第一存储器、第一报警器；

所述第一磨损检测器与所述第一处理器连接；所述第一磨损检测器实时检测所述第一磨损程度并发送至第一处理器；

所述第一处理器分别与所述第一存储器和所述第一报警器连接；所述第一处理器接收所述第一磨损程度，并从所述第一存储器中调取所述第一标准磨损程度，将所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行比较，当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时，第一处理器控制第一报警器进行所述第一线圈已损坏的异常报警。

由于线圈检测装置长期处于高温环境，容易出现硬件设备故障；当第二磨损程度与预设的第二标准磨损程度不匹配时，有可能是因为线圈检测装置硬件设备故障引起的；所以需要对硬件设备进行检测排查。

进一步的，还提供第一磨损输出检测装置和第一磨损输入检测装置；

当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时；

第一处理器控制所述第一磨损输入检测装置动作，对第一处理器的输入端进行检测，若第一处理器的输入端不存在第一磨损程度信号输入，则第一处理器控制所述第一磨损输出检测装置动作，对第一磨损检测器的输出端进行检测；

若第一磨损检测器的输出端不存在第一磨损程度信号输出，则进行第一磨损检测器故障报警，若第一磨损检测器的输出端存在第一磨损程度信号输出，则进行第一处理器故障报警。

进一步的，所述第二线圈检测装置包括第二磨损检测器、第二处理器、第二存储器、第二报警器；

所述第二磨损检测器与所述第二处理器连接；所述第二磨损检测器实时检测所述第二磨损程度并发送至第二处理器；

所述第二处理器分别与所述第二存储器和所述第二报警器连接；所述第二处理器接收所述第二磨损程度，并从所述第二存储器中调取所述第二标准磨损程度，将所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行比较，当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时，第二处理器控制第二报警器进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

进一步的，还提供第二磨损输出检测装置和第二磨损输入检测装置；

当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时；

第二处理器控制所述第二磨损输入检测装置动作，对第二处理器的输入端进行检测，若第二处理器的输入端不存在第二磨损程度信号输入，则第二处理器控制所述第二磨损输出检测装置动作，对第二磨损检测器的输出端进行检测；

若第二磨损检测器的输出端不存在第二磨损程度信号输出，则进行第二磨损检测器故障报警，若第二磨损检测器的输出端存在第二磨损程度信号输出，则进行第二处理器故障报警。

由于磨损检测装置处于高温恶劣环境，处理器在信号处理时可能会出现偶然误差，对测量造成影响；所以需要排除偶然误差对测量的影响。

进一步的，所述第一处理器的判断过程为：

将第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第一次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配，第一处理器保留其第一次比较结果，并等待第一时间间隔后，将此时的第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第二次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第一处理器的判断结果。

进一步的，所述第二处理器的判断过程为：

将第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第一次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配，第二处理器保留其第一次比较结果，并等待第二时间间隔后，将此时的第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第二次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第二处理器的判断结果。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提供一磁体，并将所述磁体放置于常温环境中；

S2：在所述磁体下方设置一导磁杆，所述导磁杆呈上大下小状，且所述导磁杆由若干高导磁性材料加工的金属薄片通过高温胶层层粘接而成；

S3：在所述导磁杆下方水平设置第一线圈和第二线圈；且所述第一线圈和所述第二线圈水平间隔防止在待测金属体上端面；且所述被测金属体的环境温度为不超过600℃；

S4：实时测量线圈在被测金属上表面激发的超声波信号，及在被测金属件下表面反射至上表面的超声波回波信号；其中，所述第一线圈的激励信号频率为a，所述第二线圈的激励信号频率为b，其中a不等于b，两束不同频率的超声波信号分别独立向待测金属体下端面传播，在待测金属体下端面叠加出频率为(a+b)/2的超声波信号，然后该超声波信号反射至待测金属体上端面，通过对该超声波信号进行小波变换处理，并通过频谱分析，计算出混频点的时间，从而计算出被测金属体的厚度。

2.如权利要求1所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，在步骤S1中，通过温度调节装置对所述磁体的环境温度进行实时调节，使得所述磁体的环境温度始终处于常温。

3.如权利要求1所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，在步骤S3中，提供第一线圈检测装置和第二线圈检测装置；

所述第一线圈检测装置用于检测所述第一线圈的磨损程度，即为第一磨损程度，当所述第一磨损程度与预设的第一标准磨损程度不匹配时，所述第一线圈检测装置进行所述第一线圈已损坏的异常报警；

所述第二线圈检测装置用于检测所述第二线圈的磨损程度，即为第二磨损程度，当所述第二磨损程度与预设的第二标准磨损程度不匹配时，所述第二线圈检测装置进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

4.如权利要求3所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，所述第一线圈检测装置包括第一磨损检测器、第一处理器、第一存储器、第一报警器；

所述第一磨损检测器与所述第一处理器连接；所述第一磨损检测器实时检测所述第一磨损程度并发送至第一处理器；

所述第一处理器分别与所述第一存储器和所述第一报警器连接；所述第一处理器接收所述第一磨损程度，并从所述第一存储器中调取所述第一标准磨损程度，将所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行比较，当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时，第一处理器控制第一报警器进行所述第一线圈已损坏的异常报警。

5.如权利要求4所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，还提供第一磨损输出检测装置和第一磨损输入检测装置；

当第一处理器的判断结果为所述第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配时；

第一处理器控制所述第一磨损输入检测装置动作，对第一处理器的输入端进行检测，若第一处理器的输入端不存在第一磨损程度信号输入，则第一处理器控制所述第一磨损输出检测装置动作，对第一磨损检测器的输出端进行检测；

若第一磨损检测器的输出端不存在第一磨损程度信号输出，则进行第一磨损检测器故障报警，若第一磨损检测器的输出端存在第一磨损程度信号输出，则进行第一处理器故障报警。

6.如权利要求3所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，所述第二线圈检测装置包括第二磨损检测器、第二处理器、第二存储器、第二报警器；

所述第二磨损检测器与所述第二处理器连接；所述第二磨损检测器实时检测所述第二磨损程度并发送至第二处理器；

所述第二处理器分别与所述第二存储器和所述第二报警器连接；所述第二处理器接收所述第二磨损程度，并从所述第二存储器中调取所述第二标准磨损程度，将所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行比较，当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时，第二处理器控制第二报警器进行所述第二线圈已损坏的异常报警。

7.如权利要求6所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，还提供第二磨损输出检测装置和第二磨损输入检测装置；

当第二处理器的判断结果为所述第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配时；

第二处理器控制所述第二磨损输入检测装置动作，对第二处理器的输入端进行检测，若第二处理器的输入端不存在第二磨损程度信号输入，则第二处理器控制所述第二磨损输出检测装置动作，对第二磨损检测器的输出端进行检测；

若第二磨损检测器的输出端不存在第二磨损程度信号输出，则进行第二磨损检测器故障报警，若第二磨损检测器的输出端存在第二磨损程度信号输出，则进行第二处理器故障报警。

8.如权利要求4所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，所述第一处理器的判断过程为：

将第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第一次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度不匹配，第一处理器保留其第一次比较结果，并等待第一时间间隔后，将此时的第一磨损程度与所述第一标准磨损程度进行第二次比较；

若第一磨损程度与所述第一标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第一处理器的判断结果。

9.如权利要求6所述的高温电磁超声波金属体厚度在线监测方法，其特征在于，所述第二处理器的判断过程为：

将第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第一次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度不匹配，第二处理器保留其第一次比较结果，并等待第二时间间隔后，将此时的第二磨损程度与所述第二标准磨损程度进行第二次比较；

若第二磨损程度与所述第二标准磨损程度仍然不匹配，则将其第二次比较结果作为第二处理器的判断结果。

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