CN114839260A - 电磁超声与涡流复合传感器及带有其的测厚仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁超声与涡流复合传感器及电磁超声与涡流复合测厚仪，所述传感器包括：外壳、磁铁、电磁超声线圈、涡流线圈和接口；电磁超声线圈设置于磁铁一端；涡流线圈围绕在磁铁周围，涡流线圈包括涡流发射、接收线圈，涡流发射线圈有P个，涡流接收线圈有Q个；接口设于外壳上，并与电磁超声线圈和涡流线圈电性连接。本发明提供的复合传感器，将涡流发射线圈和涡流接收线圈缠绕于磁铁上，节省了传感器内部空间，同时涡流发射、接收线圈的结构形式还能减弱磁铁对涡流线圈激发接收时的影响，提高涡流测量数据时的信噪比。电磁超声和涡流技术的一体化还能同时精确、快捷的测量金属试件厚度/缺陷及其包覆层的厚度，简化了测量步骤。

Description

电磁超声与涡流复合传感器及带有其的测厚仪
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种电磁超声与涡流复合传感器及带有其的测厚仪。
背景技术
金属材料在生产过程中由于加工工艺的限制难免出现厚度不均、存在缺陷的情况，在涂装包覆层的过程中，包覆层也同样会出现厚度不均的情况，而包覆层在金属材料长期使用过程中起到了关键且重要的保护作用，大大延长了金属材料的使用寿命。在投入使用后，金属材料未涂覆包覆层一侧还会因应力及腐蚀等因素而出现厚度变化、裂纹滋生等现象，影响金属材料的寿命，一旦材料出现因腐蚀严重出现减薄或穿孔，尤其是运输危险气体、液体等的管道、压力容器，则会造成巨大的经济损失，甚至出现人员伤亡的情况。
因此，金属自身的缺陷及其包覆层的厚度直接决定了金属材料的使用寿命。为了避免产生重大损失，需要能够测量金属缺陷及其包覆层厚度的传感器。传统的压电超声的传感器，能够测量金属试件厚度，或者测量包覆层厚度，但需要涂抹耦合剂，更换探头，打磨试件，过程繁杂。
因此，有必要提供一种快捷、精度高、不破坏原有金属材料且能测量金属缺陷及其包覆层厚度的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁超声与涡流复合传感器及带有其的测厚仪，能够同时精确测量金属缺陷及金属材料包覆层厚度，解决了现有技术中测量效率低且过程复杂的问题。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种电磁超声与涡流复合传感器，包括：
外壳；磁铁，设置于所述外壳内；电磁超声线圈，设置于所述磁铁一端；涡流线圈，围绕在所述磁铁周围，所述涡流线圈包括涡流发射线圈和涡流接收线圈，所述涡流发射线圈有P个，所述涡流接收线圈有Q个，其中，P、Q为大于零的整数；接口，设于所述外壳上，并与所述电磁超声线圈和所述涡流线圈电性连接。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述涡流发射线圈与所述涡流接收线圈以交替的方式设置。
作为本发明一实施方式的进一步改进，P为1，Q为2，所述涡流发射线圈设置于两个所述涡流接收线圈中间，两个所述涡流接收线圈串联。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在所述磁铁的长度方向上，所述涡流发射线圈和涡流接收线圈之间的距离小于任一涡流线圈的长度。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电磁超声线圈有至少两个，至少两个所述电磁超声线圈在厚度方向上叠加设置于所述磁铁一端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括导磁片，所述导磁片设置于所述磁铁和所述电磁超声线圈之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电磁超声线圈的形状包括回折型和螺旋型，所述回折型包括回字形、吕字形、蛇形，所述螺旋型包括圆形和跑道形。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述磁铁为永磁铁或者电磁铁。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述永磁铁为钕铁硼或者钐钴。
本发明一实施方式还提供一种电磁超声和涡流复合测厚仪，包括传感器和主机，所述传感器为前述的电磁超声与涡流复合传感器，所述传感器通过所述接口与所述主机连接。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施方式将电磁超声和涡流技术一体化设计，将涡流线圈缠绕于为电磁超声提供静磁场的磁铁上，节省了传感器内部空间，同时涡流线圈分为涡流发射线圈和涡流接收线圈的结构形式能减弱磁铁对涡流线圈激发接收时的影响，提高涡流测量数据时的信噪比。电磁超声和涡流技术的一体化还能同时精确、快捷的测量金属试件厚度/缺陷及其包覆层的厚度，并且不需要将金属试件表面包覆层进行打磨、涂抹耦合剂再进行测试，简化了测量步骤。
附图说明
图1是本发明实施例中的传感器与金属试件的结构示意图。
图2是本发明实施例中的测厚仪的正面结构示意图。
图3是图2中测厚仪的侧面结构示意图。
图4是图2中测厚仪的底部结构示意图。
10、传感器；1、磁铁；2、电磁超声线圈；3、涡流发射线圈；4、涡流接收线圈；5、导磁片；6、外壳；7、接口；8、金属试件；9、包覆层；20、主机；21、液晶显示器；22、充电指示灯；23、操作键盘；24、手绳绑定口；25、充电口。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
实施例1
本发明实施例一提供了一种电磁超声与涡流复合传感器，所述传感器用于测量金属试件8厚度/缺陷及其包覆层9的厚度，如图1所示，包括：外壳6、设置于外壳6内的磁铁1、设置于磁铁1一端的电磁超声线圈2、围绕在磁铁1周围的涡流线圈和设于外壳6上的接口7，涡流线圈包括涡流发射线圈3和涡流接收线圈4，涡流发射线圈3有P个，涡流接收线圈4有Q个，其中，P、Q为大于零的整数；接口7与电磁超声线圈2和涡流线圈电性连接。将涡流线圈缠绕于为电磁超声提供静磁场的磁铁1上，节省了传感器10内部空间，同时涡流线圈分为涡流发射线圈3和涡流接收线圈4的结构形式能减弱磁铁1对涡流线圈激发接收时的影响，提高涡流测量数据时的信噪比。
外壳6的形状可根据不同的需要进行调整，也即外壳形状不限。
本实施例的磁铁1优选为永磁铁，当然，也可根据需要选择磁铁1为电磁铁。进一步优选的，永磁铁为钕铁硼永磁铁，在常温情况下，钕铁硼具有稳定的磁性，能够提供较强的偏置磁场，又因钕铁硼材料不会受到外界的机械振动和电磁噪声等环境的干扰，检测灵敏度较高，在一定程度上提高了传感器10的抗干扰能力。当然，针对于不同温度场景下可以选择不同材质的永磁铁，例如，钐钴永磁铁。
通有交变电流的电磁超声线圈2产生交变的电场，交变电场在金属试件8表面感生出涡流场，金属试件8在外加静磁场的作用下，内部质点受到交变力的作用产生机械震动，产生电磁超声波并在金属试件8中传播，返回声压使被测点的振动在磁场作用下使电磁超声线圈2的两端电压发生变化，产生回波信号，为传感器10的第一传感信号。
电磁超声线圈2的形状可以为回折型或螺旋型，回折型包括回字形、吕字形、蛇形，螺旋型包括圆形、跑道形。不同形状的电磁超声线圈与不同的磁铁配合可以产生不同的波形，本实施例优选为螺旋型电磁超声线圈2与钕铁硼永磁铁激发电磁超声横波，当然，也可根据需要选择上述任一形状的电磁超声线圈2与永磁铁或电磁铁配合。
当涡流线圈中通过正弦交变电流时，涡流线圈周围的空间会产生交变磁场，此交变磁场在金属试件8中产生电涡流，电涡流的大小随着前述交变磁场与金属试件8的距离改变而变化，并且此电涡流也产生另一个交变磁场使涡流线圈中产生感应电压，该感应电压的峰值可以用于判断传感器10距离金属试件8的距离，也就得到了金属试件8表面包覆层9的厚度信息，该感应电压信号为传感器10的第二传感信号。
优选的，涡流发射线圈3与涡流接收线圈4以交替的方式设置，涡流发射线圈3和涡流接收线圈4交替布置的方式在测量时磁铁1对涡流测量数据的影响更小，测量数据时的信噪比更高，测量精度更高。
更优选的，P为1，Q为2，也即所述涡流发射线圈3设置于两个所述涡流接收线圈4中间，且两个所述涡流接收线圈4串联，测量包覆层9厚度的精度更优。
进一步的，在磁铁1的长度方向上，所述涡流发射线圈3和涡流接收线圈4之间的距离小于任一涡流线圈的长度。
进一步的，所述电磁超声线圈2有至少两个，至少两个所述电磁超声线圈2在厚度方向上叠加设置于所述磁铁1一端。电磁超声线圈2的叠加能够一定程度提高测量数据的信噪比，但考虑到成本、空间大小及本实施例能达到的精确度，本实施例设置有两个电磁超声线圈2进行叠加，但本发明不仅限于两个电磁超声线圈2叠加，可为更多，也可仅为一个电磁超声线圈2。
导磁片5设置于所述磁铁1和所述电磁超声线圈2中间，用以加强磁场。
采用本实施例提供的电磁超声和涡流复合传感器测量金属试件8的包覆层9厚度的测量范围是0-8mm，测量精度为0.1mm。
实施例2
本发明实施例二提供了一种电磁超声和涡流复合测厚仪，如图2-4所示，包括传感器10和主机20，所述传感器10为实施例1提供的电磁超声与涡流复合传感器，传感器10通过接口7与主机20顶部连接。主机20顶部中央设置有插针，传感器10设置有母座，该母座即为实施例1中的接口7，所述主机20与所述传感器10通过接口7进行电性连接，传感器10与主机20通过螺丝进行结构固定。本实施例提供的测厚仪整体设置成笔式形状，集成度高、体积小、重量轻、操作便捷、便于携带，当然，测厚仪的主机形状不仅限于本实施例图中所示，也可为现有常见的利用导线连接传感器10和主机20的方式设置主机形状。
主机20包括液晶显示器21、充电指示灯22、操作键盘23、充电口25和手绳绑定口24。如图4所示，所述充电口25在主机20底部，即主机20远离传感器10一端，用于为测厚仪充电，使测厚仪在边充电边用时操作更方便。
液晶显示器21用于显示金属试件8厚度/缺陷信息、包覆层9厚度信息、电量、声速、电磁超声回波原始波形、涡流回波原始波形、增益、测量范围等相关测量信息。操作键盘23上设置有按键，按键用于设备开关机、操作液晶显示器21显示内容、更改参数设置等，操作键盘23上的LED灯还可用于显示充电状态。液晶显示器21、充电指示灯22、操作键盘23设置在主机20正面，方便查看信息和操作测厚仪。所述手绳绑定口24在侧面，当然也可设置在于主机20正面平行的背面，在测量时候防止测厚仪从手动掉落，减少意外损坏测厚仪的风险。
本实施例提供的电磁超声和涡流复合测厚仪，采用了实施例1提供的电磁超声和涡流复合传感器作为探头，将电磁超声和涡流结合，二者快速交替工作，对操作人员可认为是同时工作，即一次测量即可得出金属试件8及其包覆层9厚度数据。同时由于采用的涡流技术，不需要对试件表面进行打磨，无需使用耦合剂即可测量数据，相对于现有测量包覆层9厚度的压电超声技术更加方便快捷。将主机20缩小与探头适配，形成笔式形测厚仪，相对于传统用导线将探头和主机20连接的测厚仪，本发明提供的测厚仪更加小巧轻便，方便操作人员进行检测。
此外，在金属试件8较薄时，利用涡流测量包覆层9厚度会出现偏差，而基于传感器10的前述结构，利用涡流测量包覆层9厚度的精度相对现有技术较高，可以通过电磁超声测出金属试件8的厚度后，利用主机20内的电路对涡流测包覆层9厚度进行补偿。同时，可在主机20的电路中设置增益放大器，在测量过程中，涡流测出的包覆层9厚度可以辅助电磁超声测试金属试件8的厚度时放大器增益值的给定，更快速的把电磁超声的波形稳定在合适幅值。操作人员还可通过涡流测量的包覆层9厚度数据和通过电磁超声测试金属试件8的厚度数据以及放大器增益值，与原始数据对比进一步判断试件是内腐蚀还是外腐蚀。本实施例提供的电磁超声和涡流复合测厚仪还能够利用涡流弥补电磁超声无法测量厚度在1.5mm以下的金属试件8的不足。本发明提供的电磁超声和涡流复合测厚仪能够使涡流和电磁超声相辅相成，相互配合提高精度和效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，包括：
外壳；
磁铁，设置于所述外壳内；
电磁超声线圈，设置于所述磁铁一端；
涡流线圈，围绕在所述磁铁周围，所述涡流线圈包括涡流发射线圈和涡流接收线圈，所述涡流发射线圈有P个，所述涡流接收线圈有Q个，其中，P、Q为大于零的整数；
接口，设于所述外壳上，并与所述电磁超声线圈和所述涡流线圈电性连接。
2.根据权利要求1所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，所述涡流发射线圈与所述涡流接收线圈以交替的方式设置。
3.根据权利要求2所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，P为1，Q为2，所述涡流发射线圈设置于两个所述涡流接收线圈中间，两个所述涡流接收线圈串联。
4.根据权利要求2所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，在所述磁铁的长度方向上，所述涡流发射线圈和涡流接收线圈之间的距离小于任一涡流线圈的长度。
5.根据权利要求1所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，所述电磁超声线圈有至少两个，至少两个所述电磁超声线圈在厚度方向上叠加设置于所述磁铁一端。
6.根据权利要求1所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，还包括导磁片，所述导磁片设置于所述磁铁和所述电磁超声线圈之间。
7.根据权利要求1所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，所述电磁超声线圈的形状包括回折型和螺旋型，所述回折型包括回字形、吕字形、蛇形，所述螺旋型包括圆形和跑道形。
8.根据权利要求1所述的电磁超声与涡流复合传感器，其特征在于，所述磁铁为永磁铁或者电磁铁。
9.一种电磁超声和涡流复合测厚仪，其特征在于，包括传感器和主机，所述传感器为权利要求1-8任一项所述的电磁超声与涡流复合传感器，所述传感器通过所述接口与所述主机连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117110437A (zh) * 2023-10-23 2023-11-24 沈阳仪表科学研究院有限公司 电磁超声涡流复合传感器及检测方法
CN117110437B (zh) * 2023-10-23 2024-01-30 沈阳仪表科学研究院有限公司 电磁超声涡流复合传感器及检测方法

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