CN113834801A - 金属无损探伤设备、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属无损探伤设备、方法及存储介质，该设备包括：NV色心传感器探头，所述NV色心传感器探头设置在待测物体的待测位置上；控制装置，所述控制装置与所述NV色心传感器探头连接，用于向所述NV色心传感器探头提供激励，以使所述NV色心传感器探头产生荧光信号，以及采集所述荧光信号，根据所述荧光信号确定所述待测物体的损伤情况。该设备通过向设置在待测物体测量位置上的NV色心传感器探头提供激励，以使NV色心传感器探头产生荧光信号，采集NV色心传感器探头产生荧光信号，根据NV色心传感器探头产生荧光信号，确定待测物体的损伤情况。该设备具有设备体积小、成本低、可探测待测物体深层缺陷的优点。

Description

金属无损探伤设备、方法及存储介质

技术领域

本申请涉及金属探伤领域，尤其涉及一种金属无损探伤设备、方法及存储介质。

背景技术

在电力系统中，出于加工简单、材料可靠性强的原因，人们经常用金属外壳来包裹电气设备。在高压环境下，金属外壳表面会带电，而外壳表面的毛刺和裂隙周围会出现明显的放电现象，引发种种潜在的安全隐患。因此，电气设备的外壳应当尽量光滑平整，并在出厂时检查外壳的平整性，尽量降低金属外壳表面发生尖端放电现象的可能性。

在检测电气设备的外壳是否光滑平整时常采用金属探伤技术。现有金属探伤技术，如检测涡旋电流分布、X光照射、光学平整度检测等，都不能深入地探测出金属板存在的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种金属无损探伤设备，该设备具有设备体积小、成本低、可探测待测物体深层缺陷的优点。

本发明的第二个目的在于提出一种金属无损探伤方法。

本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种金属无损探伤设备，所述设备包括：NV色心传感器探头，所述NV色心传感器探头设置在待测物体的待测位置上；控制装置，所述控制装置与所述NV色心传感器探头连接，用于向所述NV色心传感器探头提供激励，以使所述NV色心传感器探头产生荧光信号，以及采集所述荧光信号，根据所述荧光信号确定所述待测物体的损伤情况。

根据本发明实施例的金属无损探伤设备，通过向设置在待测物体测量位置上的NV色心传感器探头提供激励，以使NV色心传感器探头产生荧光信号，采集NV色心传感器探头产生荧光信号，根据NV色心传感器探头产生荧光信号，确定待测物体的损伤情况。该设备具有设备体积小、成本低、可探测待测物体深层缺陷的优点。

另外，根据本发明上述实施例提出的金属无损探伤设备还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述激励包括激光和微波，所述控制装置包括主控单元、激光单元、微波单元和信号采集单元，所述主控单元分别与所述激光单元、所述微波单元和所述信号采集单元连接，所述主控单元具体用于：

控制所述激光单元向所述NV色心传感器探头提供激光，控制所述微波单元向所述NV色心传感器探头提供微波，以及通过所述信号采集单元接收所述NV色心传感器探头反馈的荧光信号，并根据所述荧光信号计算磁场强度，根据所述磁场强度确定所述待测物体的损伤情况。

根据本发明的一个实施例，所述激励包括激光和微波，所述NV色心传感器探头包括含有NV色心的金刚石、激光组件、微波辐射组件和光电探测器，所述激光组件、所述微波辐射组件和所述光电探测器均与所述控制装置连接，所述金刚石用于测量磁场，其中，所述控制装置具体用于：

通过所述激光组件向所述金刚石提供激光，通过所述微波辐射组件向所述金刚石提供微波，以使所述金刚石产生荧光信号，以及通过所述光电探测器用接收所述荧光信号。

根据本发明的一个实施例，所述激光组件包括：激光二极管和透镜，或者，光纤接头和透镜。

根据本发明的一个实施例，所述NV色心传感器探头还包括信号处理单元，所述信号处理单元与所述光电探测单元连接，用于对所述荧光信号进行滤波和/或降噪处理。

根据本发明的一个实施例，所述设备还包括磁场生成器，所述磁场生成器用于产生激励磁场，以激发所述待测物体产生磁信号。

根据本发明的一个实施例，所述磁场生成器包括永磁体或者磁场线圈。

根据本发明的一个实施例，所述磁场生成器包括磁场线圈时，所述控制装置还包括受控电流源，所述受控电流源与所述磁场线圈、所述主控单元分别连接；

所述主控单元还用于通过所述受控电流源向所述磁场线圈提供驱动电流，以控制所述磁场线圈产生激励磁场。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种金属无损探伤方法，所述方法用于如本发明第一方面实施例提出的金属无损探伤设备，所述方法包括：向设置在待测物体测量位置上的NV色心传感器探头提供激励，以使所述NV色心传感器探头产生荧光信号；采集所述荧光信号；根据所述荧光信号确定所述待测物体的损伤情况。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本发明第二方面实施例提出的金属无损探伤方法。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例的金属无损探伤设备的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的NV色心传感器探头的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的金属无损探伤方法的流程图。

标号说明：

1、NV色心传感器探头；2、控制装置；3、待测物体；4、磁场生成器；11、NV色心的金刚石；12、激光组件；13、微波辐射组件；14、光电探测器；15、信号处理单元；21、主控单元；22、激光单元；23、微波单元；24、信号采集单元；25、受控电流源；41、磁场线圈。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面将结合说明书附图1-3以及具体的实施方式对本发明实施例的金属无损探伤设备、方法及存储介质进行详细地说明。

在具体描述本申请实施例之前，为了便于理解，首先对NV色心进行介绍，具体地，NV(nitrogen-vacancy center，氮空穴)色心为是金刚石中的一种发光点缺陷。一个氮原子取代金刚石中的碳原子，并且在临近位有一个空位，这样的点缺陷被称为NV色心。NV色心在激光的泵浦下会表现出较强的荧光，且荧光表现稳定。

图1是本发明一个实施例的金属无损探伤设备的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的金属无损探伤设备包括NV色心传感器探头1和控制装置2。其中，NV色心传感器探头1设置在待测物体3的待测位置上。控制装置2与NV色心传感器探头1连接，用于向NV色心传感器探头1提供激励，以使NV色心传感器探头1产生荧光信号，以及采集荧光信号，根据荧光信号确定待测物体3的损伤情况。

需要说明的是，待测物体3表面以及内部存在的缺陷对应其结构上的不连续。在外磁场的作用下，这些结构上不连续的位置会产生磁力线的泄露、弯曲等异常分布，这些就是待测的磁异常信号。根据缺陷部位损伤情况的不同，产生的磁异常也会有差异。因此，可通过测量待测物体3周围的磁场强度来找到缺陷，以及判定缺陷的损伤情况。即待测物体3存在损伤时，在激励磁场的作用下其周围的磁场强度有变化，通过测量在激励磁场下的待测物体3周围的磁场强度，可获知待测物体3的损伤情况。

在本发明的实施例中，激励磁场可以是地磁场，也可以是磁场生成器4生成的磁场，还可以是地磁场和磁场生成器4生成的磁场的叠加磁场。

具体地，在检测待测物体3的损伤情况时，将NV色心传感器探头1设置在待测物体3的待测位置上，控制装置2向NV色心传感器探头1提供激励，使NV色心传感器探头1在待测位置上产生荧光信号，控制装置2接收NV色心传感器探头1在待测位置上产生荧光信号，控制装置2根据荧光信号计算出在激励磁场下待测物体3周围的磁场强度，以确定待测物体3的损伤情况。

在本发明的实施例中，控制装置2向NV色心传感器探头1提供的激励包括激光和微波。

作为一具体实施例，如图1所示，控制装置2可包括主控单元21、激光单元22、微波单元23和信号采集单元24。参加图1，主控单元21分别与激光单元22、微波单元23和信号采集单元24连接。

在该实施例中，主控单元21具体用于控制激光单元22向NV色心传感器探头1提供激光，控制微波单元23向NV色心传感器探头1提供微波，以及通过信号采集单元24接收NV色心传感器探头1反馈的荧光信号，并根据荧光信号计算磁场强度，根据磁场强度确定待测物体3的损伤情况。

具体地，主控单元21控制激光单元22和微波单元23，输出激光和微波到NV色心传感器探头1上。信号采集单元24用于采集NV色心传感器探头1反馈的荧光信号，将NV色心传感器探头1反馈的荧光信号发送给主控单元21。主控单元21接收信号采集单元24传输的荧光信号，并根据荧光信号计算磁场强度，以根据磁场强度确定待测物体3的损伤情况。

作为本发明的一具体实施例，如图2所示，NV色心传感器探头1可包括含有NV色心的金刚石11、激光组件12、微波辐射组件13和光电探测器14。激光组件12、微波辐射组件13和光电探测器14均与控制装置2连接。其中，金刚石11用于测量磁场。

在该实施例中，控制装置2具体用于：通过激光组件12向金刚石11提供激光，通过微波辐射组件13向金刚石11提供微波，以使金刚石11产生荧光信号，以及通过光电探测器14用接收荧光信号。

具体地，含有NV色心的金刚石11增强NV色心传感器探头1局部放电检查的效果和精度，使得NV色心传感器探头1具有更高的灵敏度。在相同的磁场激励下，NV色心传感器探头1可探测到更弱的磁信号，从而可进一步地的发现待测物体3表面更小的裂缝、毛刺等其他缺陷，大大提高了本金属探伤设备的使用可靠性。

进一步具体地，激光组件12、微波辐射组件13和光电探测器14用于辅助含有NV色心的金刚石11测量磁场。激光组件12接收控制装置2的激光单元22提供的激光，并将该激光转发给金刚石11。微波辐射组件13接收控制装置2的微波单元23提供的微波，并将该微波转发给金刚石11。金刚石11在激光和微波的作用下产生荧光信号。光电探测器14收集金刚石11在激光和微波的作用下产生的荧光信号，并上传给控制装置2，控制装置2再根据荧光信号计算磁场强度。

在本发明的实施例中，激光组件12可包括激光二极管和透镜，或者，光纤接头和透镜。

具体地，当激光组件12包括激光二极管和透镜时，控制装置2可输出控制电流至激光二极管，以控制激光二极管产生激光，并通过透镜提供给金刚石11。当激光组件12包括光纤接头和透镜时，控制装置2可直接输出激光至光纤接头，进而通过透镜将激光提供给金刚石11。

在本发明的实施例中，NV色心传感器探头1还包括信号处理单元15，信号处理单元15与光电探测单元14连接，用于对荧光信号进行滤波和/或降噪处理。

具体地，信号处理单元15接受光电探测单元14收集的荧光信号，对光电探测单元14收集的荧光信号进行滤波和/或降噪处理，以改善NV色心传感器探头1输出的信号的质量。

在本发明的实施例中，金属无损探伤设备还可包括磁场生成器4，磁场生成器4用于产生激励磁场，以激发待测物体3产生磁信号。

在本发明的实施例中，磁场生成器4可包括永磁体或者磁场线圈41。

在本发明的实施例中，磁场生成器4包括磁场线圈41时，控制装置2还包括受控电流源25，受控电流源25与磁场线圈41、主控单元21分别连接，参见图1。主控单元21还用于通过受控电流源25向磁场线圈41提供驱动电流，以控制磁场线圈41产生激励磁场。

具体地，受控电流源25可以控制磁场生成器4产生指定频率、幅度的激励磁场。在使用磁场生成器4产生激励磁场时，需要将磁场生成器4放置在待测物体的待测位置上。

本发明实施例提供的一种金属无损探伤设备，通过向设置在待测物体3测量位置上的NV色心传感器探头1提供激励，以使NV色心传感器探头1产生荧光信号，采集NV色心传感器探头1产生荧光信号，根据NV色心传感器探头1产生荧光信号，确定待测物体的损伤情况。该设备具有设备体积小、成本低、可探测待测物体深层缺陷的优点。

本发明还提出了一种金属无损探伤方法。

在本发明实施例中，金属无损探伤方法用于上述的金属无损探伤设备。

图3是本发明一个实施例的金属无损探伤方法的流程图。如图3所示，本发明实施例提供的金属无损探伤方法包括：

S1，向设置在待测物体测量位置上的NV色心传感器探头提供激励，以使NV色心传感器探头产生荧光信号。

S2，采集荧光信号。

S3，根据荧光信号确定待测物体的损伤情况。

需要说明的是，本发明实施条例的金属无损探伤方法的其他具体实施方式可参见本发明上述实施条例的金属无损探伤设备的具体实施方式。

本发明实施例提供的金属无损探伤方法，通过向设置在待测物体3测量位置上的NV色心传感器探头1提供激励，以使NV色心传感器探头1产生荧光信号，采集NV色心传感器探头1产生荧光信号，根据NV色心传感器探头1产生荧光信号，确定待测物体的损伤情况。该设备具有设备体积小、成本低、可探测待测物体深层缺陷的优点。

本发明还提出了一种计算机可读存储介质。

在该实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序对应上述的金属无损探伤方法，其被处理器执行时，实现如本发明第二方面实施例提出的金属无损探伤方法。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种金属无损探伤设备，其特征在于，所述设备包括：

NV色心传感器探头，所述NV色心传感器探头设置在待测物体的待测位置上；

控制装置，所述控制装置与所述NV色心传感器探头连接，用于向所述NV色心传感器探头提供激励，以使所述NV色心传感器探头产生荧光信号，以及采集所述荧光信号，根据所述荧光信号确定所述待测物体的损伤情况。

2.根据权利要求1所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述激励包括激光和微波，所述控制装置包括主控单元、激光单元、微波单元和信号采集单元，所述主控单元分别与所述激光单元、所述微波单元和所述信号采集单元连接，所述主控单元具体用于：

控制所述激光单元向所述NV色心传感器探头提供激光，控制所述微波单元向所述NV色心传感器探头提供微波，以及通过所述信号采集单元接收所述NV色心传感器探头反馈的荧光信号，并根据所述荧光信号计算磁场强度，根据所述磁场强度确定所述待测物体的损伤情况。

3.根据权利要求1所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述激励包括激光和微波，所述NV色心传感器探头包括含有NV色心的金刚石、激光组件、微波辐射组件和光电探测器，所述激光组件、所述微波辐射组件和所述光电探测器均与所述控制装置连接，所述金刚石用于测量磁场，其中，所述控制装置具体用于：

通过所述激光组件向所述金刚石提供激光，通过所述微波辐射组件向所述金刚石提供微波，以使所述金刚石产生荧光信号，以及通过所述光电探测器用接收所述荧光信号。

4.根据权利要求3所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述激光组件包括：激光二极管和透镜，或者，光纤接头和透镜。

5.根据权利要求3所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述NV色心传感器探头还包括信号处理单元，所述信号处理单元与所述光电探测单元连接，用于对所述荧光信号进行滤波和/或降噪处理。

6.根据权利要求2所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述设备还包括磁场生成器，所述磁场生成器用于产生激励磁场，以激发所述待测物体产生磁信号。

7.根据权利要求6所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述磁场生成器包括永磁体或者磁场线圈。

8.根据权利要求7所述的金属无损探伤设备，其特征在于，所述磁场生成器包括磁场线圈时，所述控制装置还包括受控电流源，所述受控电流源与所述磁场线圈、所述主控单元分别连接；

所述主控单元还用于通过所述受控电流源向所述磁场线圈提供驱动电流，以控制所述磁场线圈产生激励磁场。

9.一种金属无损探伤方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1-8中任一项所述的金属无损探伤设备，所述方法包括：

向设置在待测物体测量位置上的NV色心传感器探头提供激励，以使所述NV色心传感器探头产生荧光信号；

采集所述荧光信号；

根据所述荧光信号确定所述待测物体的损伤情况。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求9中所述的金属无损探伤方法。

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