CN114460168A - 一种脉冲涡流检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种脉冲涡流检测系统及方法。一种脉冲涡流检测系统包括检测设备、探头和被测试件，探头包括传感器，传感器由一个漆包线缠绕的激励线圈，四个漆包线缠绕的接收线圈组成；激励线圈在外侧，输入脉冲激励信号后，在被检测工件内部产生电涡流；接收线圈在激励线圈内测，两个为一对交叉分布；每对接收线圈一端相连接，组成一组差分信号接收线圈对。本发明传感器采用两组差动接收线圈，利用差分信号方式提高信号的幅度变化比例；采用时基信号的幅度宽度计算分析，利用报警基线高度、报警波宽度限制闸门、确认波宽度限制闸门条件，去除对被测试件进行检测时形成的无用干扰波型。适宜作为一种脉冲涡流检测系统及方法应用。

Description

一种脉冲涡流检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁无损检测领域的涡流检测，特别是涉及一种脉冲涡流检测系统及方法。

背景技术

涡流检测就是利用电磁感应原理，在导电的被测工件内产生涡流，当涡流碰到裂纹或缺陷时会迂回通过，从而造成涡流分布紊乱，通过测量涡流的变化量进行检测。脉冲涡流检测是一种无损检测方式，用于检测导电材质的表面和近表面裂纹、夹杂物等缺陷。是一种无需对工件表面进行去除油漆类覆盖物并且不需要耦合介质的检测方式。它应用"电磁学"基本理论作为导体检测的基础。涡流的产生源于一种叫做电磁感应的现象。当将交流电施加到导体，例如铜导线上时，磁场将在导体内和环绕导体的空间内产生磁场。涡流就是感应产生的电流，它在一个环路中流动。之所以叫做"涡流"，是因为它与液体或气体环绕障碍物在环路中流动的形式是一样的。如果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在那个导体中产生，而涡流也会产生自己的磁场，该磁场随着交流电流上升而扩张，随着交流电流减小而消隐。因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量金属材料的一些性质发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，从而我们就可以通过一起来检测涡流的变化情况，进而可以间接的知道导体内部缺陷的存在及金属性能是否发生了变化。

目前，可查询到的脉冲涡流检测对缺陷信号的研究方式为采用单接收传感器，观察和计算信号的幅度和过零时间变化如图1所示，信号幅度变化比例小，研究方法不直观。

发明内容

为了提高脉冲涡流检测信号的幅度变化比例，利于观察和计算，本发明提出了一种脉冲涡流检测系统及方法。该方法通过对脉冲激励涡流信号的特征进行计算，避免由于检测传感器全部或局部离开被检测工件表面造成的信号干扰、避免由于传感器到达被检测工件的边缘造成的信号干扰，解决脉冲涡流检测信号的幅度变化比例的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种脉冲涡流检测系统包括检测设备、探头和被测试件，所述探头包括传感器，所述传感器包括激励线圈以及感应线圈，所述激励线圈用于生成作用于被测试件的脉冲涡流激励信号，所述感应线圈用于接收来自于被测试件的脉冲涡流反馈信号；

所述传感器由一个漆包线缠绕的激励线圈，四个漆包线缠绕的接收线圈组成；激励线圈在外侧，输入脉冲激励信号后，在被检测工件内部产生电涡流；接收线圈在激励线圈内测，两个为一对成90°交叉分布；每对接收线圈一端相连接，组成一组差动接收线圈对。

为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的一种脉冲涡流检测方法中，探头的传感器采用两组差动接收线圈，利用差分信号方式提高信号的幅度变化比例；采用时基信号的幅度宽度计算分析，利用报警基线高度、报警波宽度限制闸门、确认波宽度限制闸门条件，去除对被测试件进行检测时形成的无用干扰波型，使检测结果做到简单可靠。

信号分析：

被测试件没有缺陷时，差动接收线圈组作为传感器输入，没有明显信号波形出现。

当差动接收线圈组其中一个线圈位于被测试件裂纹处时，时基线上会有明显波形出现；将脉冲激励信号上升沿处出现的缺陷波形定义为确认波，脉冲激励信号下降沿出现的缺陷波形定义为报警波，竖线定义为确认波宽度限制闸门；判断确认波宽度是否超出，如果波形宽度超过竖线则认为不是缺陷波形；短横线定义为报警波位置限制闸门，报警波宽度超过此闸门左侧则不认为是缺陷波形。

检测设备校准：

首先，将探头前侧差动接收线圈位置置于被测试件裂纹上，让确认波达到最高波高，将确认波波宽度限制闸门调整到报警波右侧且紧挨确认波零点线位置；

其次，移动探头，报警波达到最大波高，并调节放大电路使报警波刚刚超过报警基线，将报警波宽度限制闸门调整到报警波外侧且紧挨报警波，检测设备存储当前状态，完成校准。

检测操作：

探头置于被测试件表面，在没有裂纹的位置，不会有明显波形出现，动态波形为绿色；当差动接收线圈组任一处于裂纹上方时，都会有动态波形出现；任何一个通道，如果有报警波出现，此时高度超过报警线且宽度不超过报警波宽度限制闸门位置，检测设备发出报警声并将超限的波形显示为红色，此时移动探头，将差动接收线圈组中另一个接收线圈置于裂纹上方，则会出现确认波，且宽度不超过确认波限制闸门位置；由以上条件可判断为被测试件有表面或近表面裂纹存在；

由此完成提高检测信号的幅度变化比例，利于观察和计算的工作。

其中，探头在被测试件表面进行检测时，可能会由于操作原因将探头一部分或全部离开被测工件表面，此时会产生涡流探伤中的提离现象，会出现干扰波型，不利于缺陷判定；此时报警波宽度超过了报警波宽度限制闸门，或者确认波宽度超过了确认波宽度限制闸门，此时检测设备不报警，不认为此波形为裂纹。

积极效果，由于本发明采用传感器采用两组差动接收线圈，对脉冲涡流检测信号的特征进行计算。通过对信号的高度和宽度计算，避免由于检测传感器全部或局部离开被检测工件表面造成的信号干扰；避免由于传感器到达被检测工件的边缘造成的信号干扰。脉冲激励涡流针对铁磁性材质具有检测深度远远大于正弦波激励涡流的特点，采用上述检测系统构成的脉冲涡流探伤仪，利用此探伤方法可以对表面有覆盖物的，或者由于加工方式造成的表面粗糙的铁磁性材质被测试件取得良好检测效果，降低了由于传感器局部或全部离开被测试件和探头到达被测试件边缘造成的误报，降低了劳动强度，提高了检测结果的可靠性。适宜作为一种脉冲涡流检测系统及方法应用。

附图说明

图1为现有技术脉冲涡流信号的幅度和过零时间图表；

图2为脉冲涡流检测系统组成框图；

图3为一个激励线圈与四个接收线圈传感器结构示意图；

图4为一个激励线圈与两个接收线圈传感器结构示意图；

图5为被测试件没有缺陷时两组差分信号图；

图6为方波脉冲激励信号上升沿处或下降沿处出现的缺陷波形信号图；

图7为探头前侧差动接收线圈位置置于被测试件裂纹上时波形信号图；

图8为报警波达到最大波高并超过报警基线时波形信号图；

图9为提离现象时波形信号图；

图10为检测设备示意图；

图11为校准用被测试件示意图；

图12为探头示意图；

图13为实施过程中发现的缺陷示意图；

图14为实施过程中发现的缺陷局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。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。

据图2所示，一种脉冲涡流检测系统包括检测设备、探头和被测试件，与现有技术相同的是所述探头用于生成作用于被测试件的脉冲涡流激励信号并接收来自于被测试件的脉冲涡流反馈信号；

所述探头包括传感器，所述传感器包括激励线圈以及感应线圈，所述激励线圈用于生成作用于被测试件的脉冲涡流激励信号，所述感应线圈用于接收来自于被测试件的脉冲涡流反馈信号；

所述检测设备用于接收所述脉冲涡流反馈信号并对所述脉冲涡流反馈信号进行模数转换处理以获取脉冲涡流数字信号；

据图3所示，与现有技术不同的是，所述传感器由一个漆包线缠绕的激励线圈，四个漆包线缠绕的接收线圈组成；激励线圈在外侧，输入脉冲激励信号后，在被检测工件内部产生电涡流；接收线圈在激励线圈内测，两个为一对交叉分布；每对接收线圈一端相连接，组成一组差动信号接收线圈对，结构如图4所示；

为了优化本发明的结构，所述激励线圈的漆包线线径为0.24-0.51毫米，圈数为100-600匝；

为了进一步优化本发明的结构，所述接收线圈的漆包线线径为0.05-0.2之间，圈数为200-1200匝；接收线圈中心是磁芯，可以增强接收到的信号，提高信噪比；

为了再进一步优化本发明的结构，根据需要，所述传感器也可以由一个激励线圈，两个接收线圈一端相连接组成。

一种脉冲涡流检测方法，探头的传感器采用两组差动接收线圈，利用差分信号方式提高信号的幅度变化比例；采用时基信号的幅度宽度计算分析，利用报警基线高度、报警波宽度限制闸门、确认波宽度限制闸门条件，去除对被测试件进行检测时形成的无用干扰波型，使检测结果做到简单可靠。

实施案例：

本发明在铁路机务系统进行了案例实施并取得良好效果，设备型号为TZ-WJ，使用探头为PEC-X，使用校准试块为MW-7-420。

检测设备如图10所示，校准用被测试件如图11所示，探头如图12所示。实施过程中发现的缺陷如图13和图14所示。

对取得的信号分析：

输入的差分信号如图5所示，左右两个动态时序波形为输入的两组差分信号，在被测试件没有缺陷的前提下，由于使用的是差动线圈组作为传感器输入，所以没有明显信号波形出现。

当线圈组其中一个线圈位于被测试件裂纹处时，时基线上会有明显波形出现如图6所示，左侧波形为方波脉冲激励信号上升沿处出现的缺陷波形，右侧波形为方波激励信号下降沿出现的缺陷波形；如果接收线圈组其中一个线圈位于被测试件裂纹上方时，会有如图波形出现；将方波脉冲激励信号上升沿处出现的缺陷波形定义为确认波，方波激励信号下降沿出现的缺陷波形定义为报警波；图中竖线为确认波宽度限制闸门，判断确认波宽度是否超出，如果波形宽度超过竖线则认为不是缺陷波形；图中短横线为报警波位置限制闸门，报警波宽度超过此闸门左侧则不认为是缺陷波形。

检测设备进行校准，将探头前侧差动接收线圈位置置于被测试件裂纹上，如图7所示，调整探头位置，让确认波达到最高波高，将确认波波宽度限制闸门调整到报警波右侧且紧挨确认波零点线位置。

移动探头，报警波达到最大波高，并调节放大电路使报警波刚刚超过报警基线，如图8所示，将报警波宽度限制闸门调整到报警波外侧且紧挨报警波，检测设备存储当前状态，完成校准。

此时可进行检测操作。

探头置于被测试件表面，在没有裂纹的位置，不会有明显波形出现，动态波形为绿色；当差动接收线圈组任一处于裂纹上方时，都会有动态波形出现；任何一个通道，如果有报警波出现，此时高度超过报警线且宽度不超过报警波宽度限制闸门位置，检测设备发出报警声并将超限的波形显示为红色，此时移动探头，将差动线圈组中另一个接收线圈置于裂纹上方，则会出现确认波且宽度不超过确认波宽度限制闸门；由以上条件可判断为被测试件有表面或近表面裂纹存在。

由此完成提高检测信号的幅度变化比例，利于观察和计算的工作。

探头在被测试件表面进行检测时，可能会由于操作原因将探头一部分或全部离开被测工件表面，此时会产生涡流探伤中的提离现象，会出现干扰波型，不利于缺陷判定，如图9所示，此时报警波宽度超过了报警波宽度限制闸门，或者确认波宽度超过了确认波宽度限制闸门，此时检测设备不报警，不认为此波形为裂纹。

通过对信号的高度和宽度计算，避免由于检测传感器全部或局部离开被检测工件表面造成的信号干扰；避免由于传感器到达被检测工件的边缘造成的信号干扰。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (8)

1.一种脉冲涡流检测系统，包括检测设备、探头和被测试件，所述探头包括传感器，所述传感器包括激励线圈以及感应线圈，所述激励线圈用于生成作用于被测试件的脉冲涡流激励信号，所述感应线圈用于接收来自于被测试件的脉冲涡流反馈信号；其特征是：

所述传感器由一个漆包线缠绕的激励线圈，四个漆包线缠绕的接收线圈组成；激励线圈在外侧，输入脉冲激励信号后，在被检测工件内部产生电涡流；接收线圈在激励线圈内测，两个为一对交叉分布；每对接收线圈一端相连接，组成一组差动信号接收线圈对。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲涡流检测系统，其特征是：

所述传感器由一个激励线圈，两个接收线圈一端相连接组成。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲涡流检测系统，其特征是：

所述激励线圈的漆包线线径为0.24-0.51毫米，圈数为100-600匝。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲涡流检测系统，其特征是：

所述接收线圈的漆包线线径为0.05-0.2之间，圈数为200-1200匝；接收线圈中心是磁芯。

5.一种脉冲涡流检测方法，其特征是：采用权利要求1-4任一项所述的一种脉冲涡流检测系统，包括以下步骤：

探头的传感器采用两组差动接收线圈，利用差分信号方式提高信号的幅度变化比例；采用时基信号的幅度宽度计算分析，利用报警基线高度、报警波宽度限制闸门、确认波宽度限制闸门条件，去除对被测试件进行检测时形成的无用干扰波型，使检测结果做到简单可靠。

6.根据权利要求5所述的一种脉冲涡流检测方法，其特征是：

一种脉冲涡流检测方法还包括信号分析：

被测试件没有缺陷时，差动接收线圈组作为传感器输入，没有明显信号波形出现；

当差动接收线圈组其中一个线圈位于被测试件裂纹处时，时基线上会有明显波形出现；将脉冲激励信号上升沿处出现的缺陷波形定义为确认波，脉冲激励信号下降沿出现的缺陷波形定义为报警波，竖线定义为确认波宽度限制闸门；判断确认波宽度是否超出，如果波形宽度超过竖线则认为不是缺陷波形；短横线定义为报警波位置限制闸门，报警波宽度超过此闸门左侧则不认为是缺陷波形。

7.根据权利要求5所述的一种脉冲涡流检测方法，其特征是：

一种脉冲涡流检测方法还包括检测设备校准：

首先，将探头前侧差动接收线圈位置置于被测试件裂纹上，让确认波达到最高波高，将确认波波宽度限制闸门调整到报警波右侧且紧挨确认波零点线位置；

其次，移动探头，报警波达到最大波高，并调节放大电路使报警波刚刚超过报警基线，将报警波宽度限制闸门调整到报警波外侧且紧挨报警波，检测设备存储当前状态，完成校准。

8.根据权利要求5所述的一种脉冲涡流检测方法，其特征是：

一种脉冲涡流检测方法还包括检测操作：

探头置于被测试件表面，在没有裂纹的位置，不会有明显波形出现，动态波形为绿色；当差动接收线圈组任一处于裂纹上方时，都会有动态波形出现；任何一个通道，如果有报警波出现，此时高度超过报警线且宽度不超过报警波宽度限制闸门位置，检测设备发出报警声并将超限的波形显示为红色，此时移动探头，将差动线圈组中另一个接收线圈置于裂纹上方，则会出现确认波；由以上条件可判断为被测试件有表面或近表面裂纹存在；

其中，探头在被测试件表面进行检测时，可能会由于操作原因将探头一部分或全部离开被测工件表面，此时会产生涡流探伤中的提离现象，会出现干扰波型，不利于缺陷判定；此时报警波宽度超过了报警波宽度限制闸门，或者确认波宽度超过了确认波宽度限制闸门，此时检测设备不报警，不认为此波形为裂纹；

由此完成提高检测信号的幅度变化比例，利于观察和计算的工作。

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