CN117451827A - 一种基于铁磁性载板的漏磁检测探头及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁无损检测相关技术领域，并公开了一种基于铁磁性载板的漏磁检测探头及检测系统。该探头包括磁传感器和铁磁性载板，其中，所述铁磁性载板的材料为铁磁性材料，其与待测工件接触，所述磁传感器设置在铁磁性载板上，通过所述铁磁性载板的移动带动所述磁传感器测量待测工件不同位置的磁场强度。该系统包括磁化单元和漏磁场检测探头，其中，所述磁化单元用于将所述铁磁性载板和待测工件磁化，所述铁磁性载板被磁化至饱和状态，测量过程中，缺陷漏磁场在所述铁磁性载板中产生磁导率畸变，使得所述磁传感器获得更强的缺陷漏磁场信号。通过本发明，降低了磁场测量传感器扫查中的抖动影响，提高漏磁检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于电磁无损检测相关技术领域，更具体地，涉及一种基于铁磁性载板的漏磁检测探头及检测系统。
背景技术
漏磁检测在铁磁性材料的无损检测中应用广泛，实施方式通常是由电磁铁或者永磁铁对工件进行磁化，工件上的缺陷对磁场产生扰动，从而在缺陷上方的空气中产生漏磁场，使用磁传感器扫查工件，从而感应到漏磁场的存在，进而判断缺陷的存在。
但是在漏磁检测中，当磁传感器的提离值较大时，漏磁信号就会十分微弱，而磁传感器提离值较小时，有可能会造成磁传感器磨损或破坏，且低提离值下传感器振动造成的机械噪声较大。根据公告号CN 113777150 B的中国发明专利，公开了“一种基于铁磁性板的缺陷检测方法”，可以提高漏磁检测灵敏度，保持传感器提离恒定。但其要求磁传感器与通槽的相对位置关系精准，裂纹方向需与通槽方向平行，对于其他方向的裂纹作用有限。因此，亟需一种简单方便，不需要通槽的磁场检测装置和系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于铁磁性载板的漏磁检测探头及检测系统，在无需增加通槽的条件下，简单方便地解决漏测检测过程中缺陷漏磁信号增强的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种漏磁场检测探头，该探头包括磁传感器和铁磁性载板，其中，所述铁磁性载板的材料为铁磁性材料，其与待测工件接触，该铁磁性载板上不设置用于缺陷检测的通槽，所述磁传感器设置在铁磁性载板上，通过所述铁磁性载板的移动带动所述磁传感器测量待测工件不同位置的磁场强度。
进一步优选地，所述铁磁性载板在测量过程中被磁化至饱和状态。
进一步优选地，所述磁传感器设置贴附在铁磁性载板远离待测工件的一侧。
进一步优选地，所述铁磁性载板的厚度在0.5mm～10mm。
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述所述的漏磁场检测探头进行漏磁检测的检测系统，该系统包括磁化单元和漏磁场检测探头，其中，所述磁化单元用于将所述漏磁场检测探头中的铁磁性载板和待测工件磁化，所述铁磁性载板被磁化至饱和状态，测量过程中，缺陷漏磁场在所述铁磁性载板中产生磁导率畸变，使得所述磁传感器获得更强的缺陷漏磁场信号。
进一步优选地，所述磁化单元包括磁轭式磁化器和磁化电源，所述磁轭式磁化器包括U型磁轭和磁化线圈，所述磁化线圈缠绕在所述U型磁轭上，所述磁化线圈与所述磁化电源连接，所述磁化线圈用于产生磁化场，所述U型磁轭用于将聚集磁化场。
进一步优选地，所述磁化单元包括穿过式磁化器和磁化电源，所述穿过式磁化器与所述磁化电源连接。
进一步优选地，所述磁化单元为永磁磁化器。
进一步优选地，所述待测工件为铁磁性材料。
进一步优选地，所述检测系统还包括信号处理装置的，该信号处理装置与所述探头连接，用于对探头的检测结果进行处理。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
1.本发明提供的漏磁场检测探头的铁磁性载板上不设置通槽，与带通槽的铁磁性载板相比，其在测量过程中无需要求缺陷与通槽平行，测量方式对缺陷方向没有要求，无需磁传感器对准通槽，对任意方向裂纹均有信号增强效果，因此不仅适用于简单裂纹的检测，对于不规则裂纹，方向变化复杂的裂纹的检测更为方便，大大降低了操作难度；
2.本发明将铁磁性载板充磁至饱和状态，可以大幅降低铁磁性载板的相对磁导率，使铁磁性载板的磁阻降低，促进漏磁场向上传递，此外，铁磁性载板中的磁导率畸变在饱和磁化场的作用下可以最大程度地激励出扰动漏磁场，有助于缺陷漏磁信号的增强；
3.本发明通过将磁传感器固定在铁磁性载板背面，待测工件上的缺陷在铁磁性载板中产生磁导率畸变，磁导率畸变在铁磁性载板磁化场的作用下产生扰动漏磁场，增强了缺陷漏磁场信号，减少漏磁场在空气传递中的信号衰减，检测灵敏度是非铁磁性载板探头的3～8倍，且在铁磁性载板充至饱和状态下，漏磁场被放大的倍数更大，另外，探头近零提离扫查，降低磁传感器扫查中的抖动影响，铁磁性载板保护了磁传感器，增强了漏磁探头的耐磨性；
4.本发明磁传感器固定在铁磁性载板上，铁磁性载板贴附着待测工件进行扫查，避免磁传感器抖动造成的机械噪声，稳定性较好，铁磁性载板具有0.5mm～8mm的厚度，一方面承受磨损，延长漏磁探头的使用寿命，另一方面保证测量的灵敏度。
附图说明
图1是是根据本发明的优选实施例所构建的的基于铁磁性载板的漏磁场测量传感方法的原理示意图；
图2是根据本发明的优选实施例所构建的基于铁磁性载板的漏磁场测量传感方法实施的局部示意图；
图3是根据本发明的优选实施例所构建的基于铁磁性载板的漏磁场测量传感方法实施的示意图；
图4是根据本发明的优选实施例所构建的漏磁场测量传感测量方法的仿真模型示意图；
图5是根据本发明的优选实施例所构建的本发明提供的漏磁场测量传感方法与现有常规方法中磁化电流与漏磁场之间的关联对比曲线图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-探头，2-待测工件，3-U型磁轭，4-磁化线圈，1-1-磁传感器，1-2-铁磁性载板，2-1-缺陷。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图2所示，在饱和磁化场中，磁传感器1-1固定在铁磁性载板上构成探头1，探头1贴附着被磁化后的待测工件2的表面进行移动以对待测工件进行缺陷扫查；其中，缺陷漏磁场使铁磁性载板1-2中产生磁导率畸变，在饱和磁化场的作用下产生扰动漏磁场，使漏磁信号增强。
具体地，当探头1扫查到缺陷2-1时，缺陷2-1产生的缺陷漏磁场向上传播，使铁磁性载板1-2中磁化不均，而根据铁磁性材料的B-H曲线可知，磁化不均将导致磁导率不均，因此铁磁性载板中产生了磁导率畸变，磁导率畸变在饱和磁化场的作用下会产生扰动漏磁场。磁传感器1-1感应到的漏磁场为缺陷2-1的漏磁场与磁导率畸变在饱和磁化场作用下产生的的扰动漏磁场的叠加，由此使得磁传感器1-1感应到的漏磁场得到了增强，提高了检测的灵敏度。
如图3所示，对待测工件2进行磁化时所使用的磁化器包括U形磁轭3及磁化线圈4，磁化线圈4设置在U型磁轭3的中部，且其连接于磁化电源，磁化电源为磁化线圈4进行供电。其中，待测工件2的材料为铁磁性材料。磁化强度需使铁磁性载板1-2-达到磁饱和状态。此外，磁化还可以采用通电线圈或者永磁磁化器实现。铁磁性载板的厚度在0.5mm～10m。
磁传感器1-1固定在铁磁性载板1-2上，铁磁性载板1-2具有一定厚度，承受磨损，延长探头1的使用寿命。并且磁传感器1-1与待测工件2之间的距离始终为铁磁性载板1-2的厚度，避免了磁传感器抖动造成的机械噪声，稳定性较好
如图1所示，磁传感器1-1固定在铁磁性载板1-2上构成探头1，当探头1扫查到缺陷2-1时，缺陷2-1产生的缺陷漏磁场向上传播，使铁磁性载板1-2中磁化不均，而根据铁磁性材料的B-H曲线可知，磁化不均将导致磁导率不均，因此铁磁性载板1-2中产生了磁导率畸变，磁导率畸变在饱和磁化场的作用下会产生扰动漏磁场，使得缺陷漏磁信号增强。磁传感器1-1感应到的磁场信号为缺陷2-1产生的缺陷漏磁场与磁导率畸变在饱和磁化场下产生的扰动漏磁场的叠加，由此使得磁传感器1-1感应到的缺陷漏磁场信号得到了增强，提高了检测灵敏度。
采用本发明提供的漏测检测系统进行检测时，按照以下步骤：
首先，使用磁化器对待测工件进行饱和磁化，使得待测工件上的缺陷产生漏磁场。
其次，探头在待测工件表面扫查。
为了对本发明进行进一步地说明，采用仿真软件进行了有限元模型仿真，如图4所示，模型由磁化线圈、待测工件及铁磁性载板组成，磁化线圈为待测工件和填充层提供磁化，匝数为3000匝，磁化电流为I。待测工件和填充层的材料均设置为Q235，磁化本构关系设置为B-H曲线，缺陷深度为1mm，宽度为1mm，铁磁性载板厚度为2mm。测点为缺陷中心正上方距铁磁性载板上表面0.3mm的位置。磁化电流变化范围为1A～15A。
本实施方式中，分别仿真铁磁性载板和非铁磁性载板，在各个磁化电流下获得缺陷正上方提离0.3mm处的漏磁场水平方向分量Bx，减去背景磁场后得到漏磁场峰值；仿真结果如如图5所示，铁磁性载板下的漏磁场信号峰值在7A开始超过非铁磁性载板下的漏磁场信号峰值，此时铁磁性载板开始饱和。在磁化电流为10A时，铁磁性载板下的漏磁场信号峰值达到最大值为130mT，而非铁磁性载板下的漏磁场信号峰值最大值仅为38mT。仿真结果表明，在饱和磁化下，本申请所提供的漏磁场测量方法的信号幅值远大于常规方法的信号幅值。
本领域的技术人员容易理解，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)
1.一种基于铁磁性载板的漏磁场检测探头，其特征在于，该探头包括磁传感器(1-1)和铁磁性载板(1-2)，其中，所述铁磁性载板(1-2)的材料为铁磁性材料，其与待测工件(2)接触，该铁磁性载板上不设置用于缺陷检测的通槽，所述磁传感器(1-1)设置在铁磁性载板(1-2)上，通过所述铁磁性载板(1-2)的移动带动所述磁传感器(1-1)测量待测工件(2)不同位置的磁场强度。
2.如权利要求1所述的基于铁磁性载板的漏磁场检测探头，其特征在于，所述铁磁性载板(1-2)在测量过程中被磁化至饱和状态。
3.如权利要求1或2所述的基于铁磁性载板的漏磁场检测探头，其特征在于，所述磁传感器(1-1)设置贴附在铁磁性载板(1-2)远离待测工件(2)的一侧。
4.如权利要求1或2所述的漏磁场检测探头，其特征在于，所述铁磁性载板(1-2)的厚度在0.5mm～10mm。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的基于铁磁性载板的漏磁场检测探头进行漏磁检测的检测系统，其特征在于，该系统包括磁化单元和漏磁场检测探头，其中，所述磁化单元用于将所述漏磁场检测探头(1)中的铁磁性载板(1-2)和待测工件(2)磁化，所述铁磁性载板(1-2)被磁化至饱和状态，测量过程中，缺陷漏磁场在所述铁磁性载板(1-2)中产生磁导率畸变，使得所述磁传感器(1-1)获得更强的缺陷漏磁场信号。
6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述磁化单元包括磁轭式磁化器和磁化电源，所述磁轭式磁化器包括U型磁轭(3)和磁化线圈(4)，所述磁化线圈(4)缠绕在所述U型磁轭(3)上，所述磁化线圈(4)与所述磁化电源连接，所述磁化线圈(4)用于产生磁化场，所述U型磁轭(3)用于将聚集磁化场。
7.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述磁化单元包括穿过式磁化器和磁化电源，所述穿过式磁化器与所述磁化电源连接。
8.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述磁化单元为永磁磁化器。
9.如权利要求4或5所述的检测系统，其特征在于，所述待测工件(2)为铁磁性材料。
10.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括信号处理装置的，该信号处理装置与所述探头连接，用于对探头的检测结果进行处理。
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