CN113311063A - 一种可穿戴式电磁无损检测仪器 - Google Patents

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周鑫华
李亨涛
刘秀成
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Abstract

一种可穿戴式电磁无损检测仪器属于无损探伤领域，主要由电磁无损检测手套、腕带式下位机、高柔电气传输导线和平板式上位机组成。将微型互感式涡流阵列传感器和磁扰动检测阵列传感器封装至手套的指尖内侧，形成电磁无损检测手套。两组阵列传感器的供电、信号激励和检测信号输出电缆以折叠方式内嵌在手套中，并与手套末端的插排连接器相连接。利用高柔导线将腕带式下位机和手套末端的插排连接器进行电气连接，腕带式下位机和平板式上位机通过USB2.0接口进行信号传输。该发明提供的电磁无损检测仪器具有可穿戴特点，适用于检测人员对曲面构件表面和近表面进行损伤检测。

Description

一种可穿戴式电磁无损检测仪器
技术领域
本发明属于无损探伤领域，提供了一种可穿戴式电磁无损检测仪器，实现曲面构件表面和近表面损伤检测。
背景技术
电磁无损检测仪器是金属构件表面和近表面损伤检测的重要工具。常规的电磁无损检测仪器在使用时，一般需将检测仪器主机放置在待测结构旁边，由操作人员手持传感器对待测区域进行扫查。当对空间狭小进行检测或需进行登高检测时，常规的电磁无损检测仪器面临着操作不便等不足。为解决该问题，本发明专利提出将互感式涡流阵列传感器和磁扰动检测阵列传感器封装至手套并穿戴于操作人员手部，将腕带式下位机穿戴于操作人员腕部，再将上位机改为手持式平板电脑，由此实现一种可穿戴式电磁无损检测仪器，借助人手的灵活性来提高传感器对于检测构件的检测适用性，提高操作人员的现场检测效率。
发明内容
本发明目的在于设计一种可穿戴式电磁无损检测仪器，提供一种对金属表面和近表面检测的有效方法，将微型传感器与手套结合，形成电磁无损检测手套，利用手的灵活性对金属试件表面进行无损检测。两组传感器布置于人手指前端，借助两种电磁检测的方式，对试件表面进行全面有效的检测，极大抑制了缺陷漏检的情况。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案如下：
一种可穿戴式电磁无损检测仪器，其工作方式是基于涡流和磁扰动检测原理。该设计由电磁无损检测手套、腕带式下位机、高柔电气传输导线和平板式上位机组成，其中电磁无损检测手套由封装至手套的指尖内侧的两组微型阵列传感器(互感式涡流阵列传感器和磁扰动检测阵列传感器)、折叠式电缆、插排连接器构成；腕带式下位机中的STM32主控模块、正弦波激励电路模块、信号调理和多通道采集电路模块分别布置于腕带的3个侧板，通过卡带紧扣在人的手腕部；腕带式下位机和电磁无损检测手套、平板式上位机之间均通过高柔电缆进行电气连接。
为实现上述设计所采用的技术方案是设计电磁无损检测手套，互感式涡流阵列传感器采用双排线绕制外径2mm、高2mm的空心螺线管线圈并内置直径1mm的圆柱形铁氧体磁芯，构成单个涡流检测阵元，通过双排错位布置形式在10mm×10mm范围内共布置8个涡流检测阵元；磁扰动检测阵列传感器采用薄片式橡胶永磁体提供静态偏置磁场，在橡胶永磁体下方的PCB电路板上双排错位布置了共8个霍尔元件；两组微型阵列传感器通过折叠式电气连接电缆与手套末端的插排连接器相连，折叠式电缆可适应手指弯曲等动作引起的大变形。
设计腕带式下位机，可分解为独立的STM32主控模块、正弦波激励电路模块、信号调理和多通道采集电路模块，3个模块固定安装在3个独立的基板，基板通过搭扣串联，形成腕带的3个侧板，3个模块间采用柔性排线进行电气连接；信号调理和多通道采集电路模块的输入接口与检测手套插排连接器的输出高柔电缆相连，STM32主控模块的USB2.0接口与平板式上位机的USB2.0接口相连。
所述的结合可穿戴式电磁无损检测仪器，其特征在于操作人员一手持平板式上位机进行仪器操作，一手穿戴电磁无损检测手套对构件表面进行移动检测，两组微型阵列传感器输出的多通道检测信号显示在上位机软件。
附图说明
图1：可穿戴式电磁无损检测仪器示意图。
图2：检测系统检测流程示意图。
图3：腕带式下位机示意图。
图4：传感器与手套结合示意图。
图5：涡流传感器结构示意图。
图6：磁扰动传感器结构示意图。
图7：阶梯轴试件缺陷检测示意图。
图8：涡流传感器表面缺陷检测信号示意图。
图9：磁扰动传感器表面缺陷检测信号示意图。
附图标记如下：
1、阵列磁扰动传感器，2、阵列涡流传感器，3、折叠电缆，4、数据传输接口，5、高柔传输线，6、调理电路，7、手臂8、USB数据传输线，9、平板式上位机，10、放大调理电路，11、STM32主控电路，12、电路连接卡扣、13、激励电路，14、腕带，15、手套，16、手指，17、传感器，18、环氧树脂，19、折叠电缆，20、数据传输接口，21、电路转接板，22、铁芯，23、涡流线圈，24、保护外壳，25、折叠电缆、26、霍尔元件，27、电路转接板，28、永磁体磁片，29、保护外壳，30折叠电缆，31扫查方向、32、缺陷，33、阶梯轴试件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以下实施过程以本发明技术方案为前提进行实施，给出了具体的实施方案和操作过程，但本发明保护的范围不限于下属实施例程。
图1为一种可穿戴式电磁无损检测仪器，前端为电磁无损检测手套，包括磁扰动传感器1，涡流涡流传感器2，折叠线缆3，数据传输接口4。两组微型阵列传感器分别封装至手套的指尖内侧，经折叠线缆在手套内部进行传输，所得信号经高柔传输线缆5传递到放在手臂7的腕带式下位机6，再经USB2.0接口将数据传输到平板式上位机。整个系统的运行过程如图2所示，主控电路11对放大调理电路10和激励电路13控制，前端涡流传感器被激励后，同磁扰动传感器一齐将所得信号传递到采集部分，数据处理后将检测结果在上位机显示。检测人员通过腕带佩戴下位机于手腕，不同的电路经卡扣12连接构成腕带式下位机。在手套内部，环氧树脂将两种传感器分别固定于手套前端，构成电磁无损检测手套。
涡流传感器主要由双绞线互感线圈23，电路板转接板21，保护外壳24以及铁芯22组成，空心螺线管内置铁氧体磁芯，构成单个涡流检测阵元。电路转接板在设计时对单个阵元错位排布，装有铁芯的线圈焊接在印刷电路板上，外加涡流传感器保护壳对传感器整体结构进行保护。磁扰动传感器主要有霍尔元件26，电路转接板27，永磁体磁片28以及磁扰动传感器保护外壳29组成，磁扰动检测阵列传感器采用薄片式橡胶永磁体提供静态偏置磁场，在橡胶永磁体下方的PCB电路板上双排错位布置了共8个霍尔元件，同样在磁敏元件的布置中采用错位排布，增加传感器的横向分辨率。
两组微型阵列传感器通过折叠线缆与手套末端的数据传输接口相连，此设计更好的适应检测时的手部活动。并根据两组微型阵列传感器对检测试件的结果能够看出，虽然检测信号的幅值有一定的差异，但两种传感器均能对试件表面缺陷进行有效检测。可穿戴式的设计方案，也大大提高了对于变曲率试件的检测效率和便捷性。

Claims (3)

1.一种可穿戴式电磁无损检测仪器，其特征在于，由电磁无损检测手套、腕带式下位机、电气传输导线和平板式上位机组成，其中电磁无损检测手套由封装至手套指尖内侧的两组微型阵列传感器即互感式涡流阵列传感器和磁扰动检测阵列传感器、折叠式电缆、插排连接器构成；腕带式下位机中的STM32主控模块、正弦波激励电路模块、信号调理和多通道采集电路模块分别布置于腕带的3个侧板，通过卡带紧扣在人的手腕部；腕带式下位机和电磁无损检测手套、平板式上位机之间均通过高柔电缆进行电气连接；操作人员一手持平板式上位机进行仪器操作，一手穿戴电磁无损检测手套对构件表面进行移动检测，两组微型阵列传感器输出的多通道检测信号显示在上位机软件。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式电磁无损检测仪器，其特征在于，腕带式下位机可分解为独立的STM32主控模块、正弦波激励电路模块、信号调理和多通道采集电路模块，3个模块固定安装在3个独立的基板，基板通过搭扣串联，形成腕带的3个侧板，3个模块间采用柔性排线进行电气连接，方便佩戴于人体；信号调理和多通道采集电路模块的输入接口与检测手套插排连接器的输出高柔电缆相连，STM32主控模块的USB2.0接口与平板式上位机的USB2.0接口相连。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴式电磁无损检测仪器，其特征在于，互感式涡流阵列传感器采用双排线绕制外径2mm、高2mm的空心螺线管线圈并内置直径1mm的圆柱形铁氧体磁芯，构成单个涡流检测阵元，通过双排错位布置形式在10mm×10mm范围内共布置8个涡流检测阵元；磁扰动检测阵列传感器采用薄片式橡胶永磁体提供静态偏置磁场，在橡胶永磁体下方的PCB电路板上双排错位布置了共8个霍尔元件；两组微型阵列传感器通过折叠式电气连接电缆与手套末端的插排连接器相连，折叠式电缆可适应手指弯曲等动作引起的大变形。
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