CN115078522A - 一种磁发射检测系统的构建方法 - Google Patents

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张东来
张恩超
高伟
晏小兰
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Abstract

本发明提供一种构建磁发射检测系统的方法，包括：S1、确定磁场的磁发射机构、改善磁场分布和方向导磁体的最小提离距离ML、检测磁场强度磁传感器的最小提离距离SL；S2、将磁发射机构通过标准伤在最小提离距离下检测不同位置在空间坐标系三轴方向的磁场强度；S3、根据不同位置的缺陷磁信号找出信号的最优位置；S4、根据传感器采集电路的尺寸调整磁发射机构的导磁体结构；S5、在最优位置根据传感器的灵敏度和检测范围通过三轴方向的磁场强度计算传感器安装方向；S6、根据传感器的分辨率判断布局个数是否不足。有效提高磁发射检测损伤信号信噪比；有效提高磁发射检测损伤信号分辨率。

Description

一种磁发射检测系统的构建方法
技术领域
本发明属于铁磁性材料检测技术改进领域，尤其涉及一种磁发射检测系统的构建方法。
背景技术
目前铁磁性材料损伤检测主要采用的有效方法是强磁检测方法：通常需要对被检测材料进行深度饱和励磁，通过被测对象损伤处产生的磁信号对损伤进行定位定量检测。存在的问题：采用永磁机构励磁，其结构复杂笨重且体积大，而采用电流励磁方式需要很大的安匝数，对电源和线圈的设计要求极高。
在专利CN106814131A和CN107576720A中提出的磁发射检测方法解决了强磁检测方法存在的问题，其具有体积小、结构简单、快速检测等优势，但是因受到励磁强度、采集电路安装空间、传感器灵敏度及检测范围等限制，对传感器布局和励磁结构设计难以达到最优的检测效果，使其检测信号信噪比和损伤信号分辨率较低，不仅不能发挥磁发射检测方法的优势，造成后续计算算法复杂，而且对损伤定量定位检测精度过低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁发射检测系统的构建方法，旨在解决磁发射检测方法中因受到励磁强度、采集电路安装空间、传感器灵敏度及检测范围等限制，造成检测结果精度过低的技术问题。
本发明是这样实现的，一种磁发射检测系统的构建方法，所述构建磁发射检测系统的方法包括以下步骤：
S1、确定磁场的磁发射机构、改善磁场分布和方向导磁体的最小提离距离ML、检测磁场强度磁传感器的最小提离距离SL；
S2、将磁发射机构通过标准伤在最小提离距离下检测不同位置在空间坐标系三轴方向的磁场强度；
S3、根据不同位置的缺陷磁信号找出信号的最优位置；
S4、根据传感器采集电路的尺寸调整磁发射机构的导磁体结构；
S5、在最优位置根据传感器的灵敏度和检测范围通过三轴方向的磁场强度计算传感器安装方向；
S6、根据传感器的分辨率判断布局个数是否不足，若是，则在多个信号最优位置布置多组传感器并按照步骤S4-S5进行布置，或增加多排磁发射机构按照步骤S1-S5进行布置。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3中包括以下步骤：
S31、根据不同位置的空间直角坐标三轴方向的磁场强度获得无损伤处的磁场强度；
S32、计算不同检测位置的损伤信号峰值，根据峰值找出信号最优位置。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S4中还包括以下步骤：
S41、测量传感器采集电路的尺寸判断最优位置安装空间是否足够，若是，则直接进行安装，若否，则调整导磁体结构以满足传感器采集电路的安装要求。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中确定永磁结构的尺寸或者电流励磁的结构。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S5中包括以下步骤：
S51、根据传感器的灵敏度和检测范围获取传感器中心检测磁场强度为T0；
S52、在信号最优位置得到无损伤处三轴方向上的磁场强度分别为X0，Y0，Z0，通过空间几何角度计算公式，得到传感器的安装角度A、B、C，空间几何角度计算公式：|T0×cos（A）|=Z0，|T0×cos（B）|=Y0，|T0×cos（C）|=X0；其中，A为安装方向与XY平面的角度，B为安装方向与XZ平面的角度，C为安装方向与YZ平面的角度，使无损伤处传感器检测磁场强度等于T0。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S6中通过在不同最优位置布置多组传感器提高分辨率；或者通过增加多排磁发射机构满足检测分辨率。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中包括以下步骤：
S21、设置一个能够检出构件最小损伤尺寸的标准伤；
S22、在导磁体下方距离被测构件表面SL位置，沿着轴向的不同位置进行测试；
S23、将磁发射机构通过标准伤在不同检测方向的传感器检测不同位置的空间直角坐标系三轴方向上的磁场强度。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中根据实际安装要求在磁传感器的提离距离尽可能小求得最小提离距离SL。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中根据实际安装要求在导磁体的提离距离尽可能小得到最小提离距离ML。
本发明的进一步技术方案是：所述导磁体结构为弧状或多边形状。
本发明的有益效果是：可针对不同励磁结构、不同传感器和不同检测对象快速设计最优磁发射检测系统；有效提高磁发射检测损伤信号信噪比；有效提高磁发射检测损伤信号分辨率。
附图说明
图1是磁发射检测系统结构图。
图2是传感器测试位置示意图。
图3是其中一个位置的X轴、Y轴和Z轴的磁场强度示意图。
图4是导磁体的优化结构示意图。
图5是多排磁发射优化结构示意图。
图6是不同位置的损伤信号峰的峰值示意图。
图7是新设计磁发射检测系统结构的示意图。
图8是优化安装角度的传感器检测损伤的信号示意图。
具体实施方式
如图1所示，鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种磁发射检测系统设计方法，旨在解决目前磁发射检测方法中因受到励磁强度、采集电路安装空间、传感器灵敏度及检测范围等限制，造成检测结果精度过低的问题。磁发射检测系统包括发出磁场的磁发射机构1、改善磁场分布和方向的导磁体2、检测磁场强度的磁传感器以及相应的采集电路3。
本发明提供的磁发射检测系统的构建方法，其详述如下：
步骤S1，确定磁场的磁发射机构、改善磁场分布和方向导磁体的最小提离距离ML、检测磁场强度磁传感器的最小提离距离SL；确定磁场的磁发射机构，如永磁结构的尺寸或者电流励磁的结构；确定改善磁场分布和方向导磁体的最小提离距离ML；导磁体的提离距离尽可能小，根据实际安装要求得到ML；确定检测磁场强度磁传感器的最小提离距离SL；磁传感器的提离距离尽可能小，根据实际安装要求得到SL。
步骤S2，将磁发射机构通过标准伤在最小提离距离下检测不同位置在空间坐标系三轴方向的磁场强度；确定一个统一的标准伤，将磁发射检测装置通过标准伤，在最小提离SL下检测不同位置的空间直角坐标系三轴方向上的磁场强度；设置一个标准伤5，一般为被检测构件4要求检出的最小损伤尺寸；在导磁体下方距离被测构件表面SL位置，沿着轴向的不同位置进行测试，如图2所示；将磁发射检测装置通过标准伤，通过不同检测方向的传感器检测不同位置的空间直角坐标系三轴方向上的磁场强度，如图3所示为其中一个位置的X轴、Y轴和Z轴的磁场强度。
步骤S3、根据不同位置的缺陷磁信号找出信号的最优位置；通过不同位置的空间直角坐标系三轴方向上的磁场强度，得到无损伤处的磁场强度；计算不同检测位置的损伤信号峰峰值，从而找出峰峰值最大的位置点，即为信号最优位置。
步骤S4，根据传感器采集电路的尺寸调整磁发射机构的导磁体结构；测量传感器采集电路尺寸，如果最优位置的安装空间足够，直接进行安装；如果最优位置的安装空间不足，调整导磁体结构，如图4所示，可将导磁体结构改为弧状，多边形状等，以满足传感器采集电路的安装要求后进行安装。
步骤S5，在最优位置根据传感器的灵敏度和检测范围通过三轴方向的磁场强度计算传感器安装方向；查看传感器的灵敏度和检测范围，得到传感器中心检测磁场强度为T0；在信号最优位置得到无损伤处三轴方向上的磁场强度分别为X0，Y0，Z0，通过空间几何角度计算公式，得到传感器的安装角度（A，B，C），A为安装方向与XY平面的角度，B为安装方向与XZ平面的角度，C为安装方向与YZ平面的角度，使无损伤处传感器检测磁场强度等于T0；其中，空间几何角度计算公式：|T0×cos（A）|=Z0，|T0×cos（B）|=Y0，|T0×cos（C）|=X0。
步骤S6，根据传感器的分辨率判断布局个数是否不足，若是，则在多个信号最优位置布置多组传感器并按照步骤S4-S5进行布置，或增加多排磁发射机构按照步骤S1-S5进行布置。如一组传感器的分辨率较低，及布局个数不足，可在多个信号最优位置布局多组传感器，再按照S4- S5进行设计，提高分辨率，也可以增加多排磁发射结构，再按照S1- S5进行设计。以上得到的最优位置可以为多处，可在不同最优位置布置多组传感器，提高分辨率；如果传感器个数仍然不足，可以增加多排磁发射结构，如图5所示结构，以满足检测分辨率。
永磁体的尺寸为10 mm×10 mm×10 mm，导磁体的最小提离距离ML为2 mm，传感器的最小提离距离SL为1.5 mm，标准伤的尺寸为1 mm×1 mm×1 mm；检测不同位置空间三轴的磁场强度，计算损伤信号的峰峰值，如图6所示为不同位置的损伤信号峰峰值结果，其中a和b处为最优点；传感器采集电路高度为3 mm，调整导磁体的结构，如图7所示为新设计磁发射检测系统结构；传感器的检测范围为-100 Gs至+100 Gs，灵敏度为20 Gs/mV，无损伤处的传感器检测输出最优为0 V；根据a处无损伤处X轴、Y轴和Z轴的磁场强度，通过空间几何计算出传感器安装角度，此时传感器检测损伤的信号如图8所示；如果传感器布局个数不足，可在b处排布传感器，也可以通过增加磁发射检测结构增加传感器的布局。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种构建磁发射检测系统的方法，其特征在于，所述构建磁发射检测系统的方法包括以下步骤：
S1、确定磁场的磁发射机构、改善磁场分布和方向导磁体的最小提离距离ML、检测磁场强度磁传感器的最小提离距离SL；
S2、将磁发射机构通过标准伤在最小提离距离下检测不同位置在空间坐标系三轴方向的磁场强度；
S3、根据不同位置的缺陷磁信号找出信号的最优位置；
S4、根据传感器采集电路的尺寸调整磁发射机构的导磁体结构；
S5、在最优位置根据传感器的灵敏度和检测范围通过三轴方向的磁场强度计算传感器安装方向；
S6、根据传感器的分辨率判断布局个数是否不足，若是，则在多个信号最优位置布置多组传感器并按照步骤S4-S5进行布置，或增加多排磁发射机构按照步骤S1-S5进行布置。
2.根据权利要求1所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S3中包括以下步骤：
S31、根据不同位置的空间直角坐标三轴方向的磁场强度获得无损伤处的磁场强度；
S32、计算不同检测位置的损伤信号峰值，根据峰值找出信号最优位置。
3.根据权利要求2所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括以下步骤：
S41、测量传感器采集电路的尺寸判断最优位置安装空间是否足够，若是，则直接进行安装，若否，则调整导磁体结构以满足传感器采集电路的安装要求。
4.根据权利要求3所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S5中包括以下步骤：
S51、根据传感器的灵敏度和检测范围获取传感器中心检测磁场强度为T0；
S52、在信号最优位置得到无损伤处三轴方向上的磁场强度分别为X0，Y0，Z0，通过空间几何角度计算公式，得到传感器的安装角度A、B、C，空间几何角度计算公式：|T0×cos（A）|=Z0，|T0×cos（B）|=Y0，|T0×cos（C）|=X0；其中，A为安装方向与XY平面的角度，B为安装方向与XZ平面的角度，C为安装方向与YZ平面的角度，使无损伤处传感器检测磁场强度等于T0。
5.根据权利要求4所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S6中通过在不同最优位置布置多组传感器提高分辨率；或者通过增加多排磁发射机构满足检测分辨率。
6.根据权利要求5所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S2中包括以下步骤：
S21、设置一个能够检出构件最小损伤尺寸的标准伤；
S22、在导磁体下方距离被测构件表面SL位置，沿着轴向的不同位置进行测试；
S23、将磁发射机构通过标准伤在不同检测方向的传感器检测不同位置的空间直角坐标系三轴方向上的磁场强度。
7.根据权利要求6所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中根据实际安装要求在磁传感器的提离距离尽可能小求得最小提离距离SL。
8.根据权利要求7所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中根据实际安装要求在导磁体的提离距离尽可能小得到最小提离距离ML。
9.根据权利要求8所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中确定永磁结构的尺寸或者电流励磁的结构。
10.根据权利要求9所述的磁发射检测系统的构建方法，其特征在于，所述导磁体结构为弧状或多边形状。
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