CN1975406A - 铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法与装置 - Google Patents

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Abstract

铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法与装置，涉及一种利用磁检测方法对铁磁性构件表面缺陷进行检测得方法及设备。其方法是首先采用永久磁铁在铁磁性构件表面产生开放磁场，然后在永久磁铁边缘测量开放磁场变化。若在构件表面存在缺陷，在永久磁铁与被测构件间形成的开放磁场会发生变化，从而实现构件表面缺陷检测。其装置包括依次连接的检测传感器、信号处理电路、A/D转换电路和数据处理器。本发明方法利用永久磁铁在空间形成开放磁场检测缺陷，可广泛应用于钢棒、钢管、钢板等构件的在线和在役检测。

Description

铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法与装置
技术领域
本发明属于磁性无损检测方法与装置，具体涉及一种铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法与装置，它利用远场磁场检测铁磁性构件表面缺陷。
背景技术
目前对铁磁性构件表面缺陷的检测方法主要有磁粉检测、涡流检测、渗透检测和漏磁检测等。渗透检测主要用于多孔性材料的检测，磁粉检测是利用励磁磁场和缺陷相互作用的漏磁现象来检测材料的表面或近表面缺陷，上述两种检测方法对缺陷的识别主要依赖检测人员的肉眼，自动化程度低，受被检表面附着物影响大，并且劳动强度大。涡流检测是利用高频电流在构件表面激励出涡流场，缺陷影响到涡流场的变化，进而影响线圈阻抗的变化，从而实现表面缺陷的检测。但涡流检测方法用于铁磁性材料检测时，为减小磁导率变化对涡流场的影响，通常需用一强磁场将被检区域磁化到饱和状态，从而使检测设备体积庞大、重量增加。在现有的漏磁检测方法中，均需采用闭合磁路将构件磁化至饱和，然后在两磁极之间形成一均匀磁化场，利用缺陷形成的漏磁场以实现构件表面缺陷的检测，如专利申请号95212309钢管漏磁探伤机，专利申请号01233127.9多通道便携式漏磁材料缺陷检测仪等。
综上所述，现有的构件表面缺陷检测方法中，渗透和磁粉劳动强度大，检测结果受人为主观因素影响较大，涡流和漏磁检测设备体积庞大、笨重，从而限制了上述方法在某些场合的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法，该方法避免了传统漏磁检测中需用闭合磁路将构件磁化到饱和而使得检测设备体积庞大等缺点；本发明还提供了实现该方法的装置。
本发明提供的铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法，其步骤包括：
(1)用直径为D的圆柱永久磁铁在距离被测构件表面2～5mm处产生一开放磁场，在距离永久磁铁中心D/2～100mm处测量其磁感应强度；
(2)利用磁传感器将缺陷引起的磁感应强度的变化转换为电压的变化；
(3)通过观测电压信号是否存在畸变，判断构件表面有无缺陷。
实现上述检测方法的装置，其特征在于：该装置包括依次连接的检测传感器、信号处理电路、A/D转换电路和数据处理器；其中，检测传感器用于缺陷引起磁场改变的获取，并将其转化为电压信号，传送给信号处理电路，信号处理电路对获得的电压信号进行放大、滤波处理，传送给A/D转换电路，A/D转换电路将接收的模拟信号转换成数字信号送入数据处理器进行处理，数据处理器对接收的数据进行处理，判断数字电压信号是否存在畸变，获得构件表面是否存在缺陷的信息。
本发明利用一永久磁铁在构件表面产生一开放磁场，铁磁性材料表面如存在缺陷，将表现为铁磁性材料表面磁场分布的变化，利用磁传感器测量这一变化，从而获得缺陷相关的信息。本发明不需要将构件磁化到饱和，可检测出构件表面0.5mm宽×0.5mm深刻槽和Φ1.4mm×1.4mm深盲孔等表面缺陷。
附图说明
图1为本发明检测方法的原理示意图；
图2为永久磁铁在构件中产生的开放磁场分布图；
图3为构件表面磁感应强度垂直分量测量曲线；
图4为本发明装置的总体结构图；
图5为本发明装置中检测传感器的一种具体实施方式的结构图；
图6为本发明装置中检测传感器的另一种种具体实施方式的结构图；
图7为利用本发明检测Φ1.4×1.4mm深盲孔的信号波形图；
图8为利用本发明检测0.5mm宽×0.5mm深刻槽信号波形图。
具体实施方式
本发明基于远场磁场的铁磁性构件表面检测方法，包括以下步骤：
(1)用直径为D的圆柱永久磁铁在距离被测构件表面2～5mm处产生一开放磁场，在距离永久磁铁中心D/2～100mm处测量其磁感应强度；
(2)利用磁传感器将缺陷引起的磁感应强度的变化转换为电压的变化；
(3)通过观测电压信号是否存在畸变，判断构件表面有无缺陷。
本发明检测方法原理示意图如图1所示，圆柱磁铁1与被测构件3垂直，二者之间的垂直距离为H，2mm≤H≤5mm。霍尔元件2的中心线与圆柱磁铁1的中心轴线距离为L，D/2mm≤L≤100mm。圆柱磁铁1在垂直距离被测构件3表面2～5mm处产生一开放磁场，其磁场分布如图2a图所示，利用霍尔元件2水平放置测量磁通密度的垂直分量，在不同的提离距离d下霍尔元件输出电压与水平距离L的关系如图3所示。当提离距离d增大时，输出电压的变化变得平缓，当L＜15mm时，输出电压随L变化很大，若在此区域内存在盲孔、裂纹等缺陷，缺陷会影响被测构件3近表面的磁场分布，如图2b图所示，利用水平放置的霍尔元件2检测磁通密度的变化并将其转换为电压输出，即可获得表征缺陷的信号。
如图4所示，本发明检测装置包括依次连接的检测传感器4、信号处理电路5、A/D转换电路6和数据处理器7。检测传感器4用于缺陷引起磁场改变的获取，并将其转化为电压信号，传送给信号处理电路5。信号处理电路5对获得的电压信号进行放大、滤波处理，传送给A/D转换电路6。A/D转换电路6将接收的模拟信号转换成数字信号送入数据处理器7进行处理。数据处理器7实现信号采集控制、信号显示和数据存储等功能，对接收的数据进行处理，判断数字电压信号是否存在畸变，获得构件表面是否存在缺陷的信息。
检测时，检测传感器4沿被测构件1周向或轴向扫描均可实现对被测构件的表面缺陷检测。
图5所示检测传感器4为90°旋转剖视图，该检测传感器包括航空插座8、上端盖9、探头芯10、下端盖11、霍尔元件2和圆柱磁铁1构成。上端盖9与探头芯10通过平头螺钉连接，下端盖11与探头芯10通过沉头螺钉连接。圆柱磁铁1置于探头芯10中间，霍尔元件2置于探头芯10底部，霍尔元件2引线通过圆柱磁铁两侧开孔与航空插座8相连。在探头芯10底部沿圆柱磁铁圆周布置多个霍尔元件可以增大检测传感器4的检测范围。
图6所示为利用该发明方法实现的另一种管内检测传感器结构图，传感器包括圆柱磁铁1、霍尔元件2、探头芯12、端盖13、盖板14和塑料管15。圆柱磁铁1安装在探头芯12内部，端盖13通过螺纹和探头芯12连接并将圆柱磁铁1压紧，霍尔元件2放置于端盖13沿圆周分布的8个矩形槽内，盖板14和端盖13通过螺钉连接，霍尔元件2引线通过盖板14及塑料管15引出。霍尔元件2沿圆周布置8个可以增加管内周向检测范围。(检测时，检测传感器沿管道轴向扫描检测。)
图7为采用本发明装置对平板上Φ1.4×1.4mm深盲孔来回7次检测得到的7个缺陷信号波形。
图8为采用本发明装置对平板上0.5mm宽×0.5mm横向刻槽来回6次检测得到的6个缺陷信号波形。

Claims (4)

1、一种铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测方法，其步骤包括：
(1)用直径为D的圆柱永久磁铁在距离被测构件表面2～5mm处产生一开放磁场，在距离永久磁铁中心D/2～100mm处测量其磁感应强度；
(2)利用磁传感器将缺陷引起的磁感应强度的变化转换为电压的变化；
(3)通过观测电压信号是否存在畸变，判断构件表面有无缺陷。
2、一种铁磁性构件表面缺陷远场磁场检测装置，其特征在于：该装置包括依次连接的检测传感器(4)、信号处理电路(5)、A/D转换电路(6)和数据处理器(7)；其中，检测传感器(4)用于缺陷引起磁场改变的获取，并将其转化为电压信号，传送给信号处理电路(5)，信号处理电路(5)对获得的电压信号进行放大、滤波处理，传送给A/D转换电路(6)，A/D转换电路(6)将接收的模拟信号转换成数字信号送入数据处理器(7)进行处理，数据处理器(7)对接收的数据进行处理，判断数字电压信号是否存在畸变，获得构件表面是否存在缺陷的信息。
3、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：检测传感器(4)包括航空插座(8)、上端盖(9)、探头芯(10)、下端盖(11)、霍尔元件(2)和圆柱磁铁(1)；上端盖(9)与探头芯(10)连接，下端盖(11)与探头芯(10)连接；圆柱磁铁(1)置于探头芯(10)中间，霍尔元件(2)置于探头芯(10)底部，霍尔元件(2)引线与航空插座(8)相连。
4、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：检测传感器(4)传感器包括圆柱磁铁(1)、霍尔元件(2)、探头芯(12)、端盖(13)、盖板(14)和塑料管(15)；圆柱磁铁(1)安装在探头芯(12)内部，端盖(13)和探头芯(12)连接并将圆柱磁铁(1)压紧，霍尔元件(2)放置于端盖(13)沿圆周分布的矩形槽内，盖板(14)和端盖(13)连接，霍尔元件(2)引线通过盖板(14)及塑料管(15)引出。
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