CN203758961U - 一种基于交流电磁场检测的u型检测探头 - Google Patents

Abstract

一种基于交流电磁场检测的U型检测探头，属于检测设备技术领域。U型检测探头由U型激励源和磁场检测探头两部分构成，U型激励源由载流线圈在单个U型铁氧体磁芯上均匀绕制而成，磁场检测探头的检测元件是由基于隧道型巨磁电阻（TMR）效应的一组或多组磁敏元件封装而成，每一组磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安装在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封装在基板的同一平面上;磁敏元件为组阵列布置。本实用新型磁场检测灵敏度和空间分辨率高；微、小裂纹检出效果好，最小检出裂纹长度2mm。

Description

一种基于交流电磁场检测的U型检测探头

技术领域

本实用新型涉及一种基于交流电磁场检测的U型检测探头，属于检测设备技术领域。

背景技术

在石油化工、航空航天等领域的大型装备，由于其特殊的工作环境，一旦发生损坏将会造成严重的后果，而裂纹往往是造成设备损坏的诱因。因此，必须对这些设备上的裂纹进行定期或不定期的检测。常用的裂纹检测技术有超声、磁粉、射线、磁记忆、漏磁等，但是这些检测方法检测前都要求清理金属表面的保护涂层或只能接受很薄的涂层厚度，检测成本高。

交流电磁场检测即ACFM，是一种新兴的无损检测技术，主要用于检测导电金属结构件表面裂纹，特别适用于被检工件表面有保护涂层的情况，无须去除表面保护涂层，即可进行裂纹检测，主要应用于海洋平台、部分航空航天和石油化工设备的焊缝检测。其主要原理为：由激励源在待测工件表面一定区域内感应出均匀的交变电流，当待测部位没有缺陷时，工件表面附近的空间感应磁场分布均匀；若有缺陷存在，由于缺陷本身的电磁性质与工件不同，使得感应电流从缺陷周围绕过，从而引起表面感应磁场扰动。通过采集缺陷上方扰动磁场的信息并进行分析处理，可以反演出缺陷的形状、尺寸等参数。

目前有些电磁检测方法的设备与ACFM设备外观相似，比如交变漏磁检测法和脉冲漏磁检测法，但其检测原理和ACFM有着本质区别。

漏磁检测法利用的磁场是设备本身激发的磁场，而交流电磁场检测 法利用的磁场是设备在工件表面产生的感应电流激发的磁场。因为这一本质区别，导致了差异。

首先，漏磁检测法的磁场是可以通过多种手段实现磁场激励，利用永久磁铁、直流电磁铁、交流电磁铁都可以达到这一目的，通常交流电磁铁的激励频率从数十赫兹至数千赫兹不等，方波、正弦波等均有使用。而ACFM则只能利用高频正弦交流电，在工件表面感应出持续的、稳定分布的感应电流，一般ACFM中应用的正弦交流电的激励信号频率通常不低于5千赫兹，如果激励信号频率太低会严重影响到检测结果。

其次，漏磁法检测裂纹，由于检测的目标磁场不同，被检裂纹的走向必然是与激励磁场垂直或接近垂直的，而本实用新型检测的裂纹走向是与激励磁场平行或接近平行的。由于ACFM检测的磁场分量与裂纹长度、深度呈现较高的线性关系，可以比较容易的实现裂纹在长度、深度方向上的反演，容易对缺陷进行评价；而漏磁检测要实现裂纹反演需要建立复杂的数学模型，应用比较困难。

由于激励信号及被检测目标磁场的不同，漏磁检测不适用于表面覆盖有涂层的金属材料，而本发明所涉及的U型检测探头针对的就是覆盖有涂层的金属材料的裂纹检测。

目前的ACFM检测探头，大都采用矩形空心线圈进行磁场激励，磁感应线圈进行磁场检测，这种方式有以下不足：矩形空心线圈对磁场的约束效果不是非常理想，在同样规格、相同的激励条件下，空心线圈在待检测金属表面形成的感应电流远小于本发明所述的U型激励源，产生的扰动磁场也更小，不利于检测缺陷产生的磁场变化；磁感应线圈本身尺寸偏大，在3mm-5mm之间，导致检测探头空间分辨率低，难以满足检测微小裂纹的要求。目前的ACFM设备对小、微裂纹检测的检测灵敏度和空间分辨率均有待提高。本实用新型采用U型铁氧体磁芯 绕组激励、应用基于隧道型巨磁电阻效应（TMR）技术的检测芯片，能提供一种对小、微裂纹检测灵敏度更高、空间分辨率更佳的ACFM探头。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种基于交流电磁场检测的U型检测探头。

一种基于交流电磁场检测的U型检测探头，由U型激励源和磁场检测探头两部分构成，U型激励源由载流线圈在单个U型铁氧体磁芯上均匀绕制而成，磁场检测探头的检测元件是由基于隧道型巨磁电阻效应的一组或多组磁敏元件封装而成，每一组磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安装在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封装在基板的同一平面上；磁敏元件为组阵列布置，其数量根据待检测区域的尺寸和检测灵敏度的需要调整。

一种基于交流电磁场检测的检测方法，在U型激励源的载流线圈上施加频率为5kHz～50kHz的交流激励电流，当被检工件表面无缺陷时，激励电流将在U型激励源两腿间的表面激励出匀强感应电流；当被检工件表面存在缺陷时，由于工件中（导体）的电导率远大于空气中（绝缘体）的电导率，导致感应电流绕着缺陷底部及两端经过，在被检工件表面附近的空间中产生磁场扰动；磁场检测探头中的磁敏元件通过隧道型巨磁电阻效应（TMR）检测出磁场变化并将磁场变化转换为电压输出，即可检出缺陷并实现缺陷长度、深度方向的尺寸反演。

本实用新型的有益效果是：1、检测金属裂纹时无需清理表面涂层。2、可以对非铁磁性金属表面的裂纹类缺陷进行有效检测。3、检测数据与缺陷长度、深度方向的尺寸有较理想的线性关系，更容易实现缺陷反演。4、磁场检测灵敏度高，达到2mV/V/G；5、体积小，传感器核心部分面积0.89平方毫米，厚度约为0.03毫米；6、磁场检测灵敏度 和空间分辨率高，最小检出裂纹长度约2mm。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中：

图1是基于交流电磁场检测（ACFM）的U型检测探头的结构示意图。

图2是磁场检测探头内部结构图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。

实施例1：如图1、图2所示，为检测铁磁性金属时的较佳的实施例，图1中：被检工件1、U型铁氧体磁芯2、载流线圈3、磁场检测探头4。

被检工件1为铁磁性金属，表面被防腐涂层覆盖。

U型检测探头由U型激励源和磁场检测探头两大部分组成。

其中U型激励源由载流线圈3在单个U型铁氧体磁芯2上均匀密绕而成，往载流线圈3上施加频率为5kHz的交流电，如果被检工件1表面无缺陷，U型磁芯两腿间工件表面将产生匀强的感应电流，如果存在沿U型铁氧体磁芯长度方向的裂纹，感应电流将会绕缺陷底部及两端经过，在被检工件1表面附近的空间中产生扰动磁场。

磁场检测探头的检测元件是由基于隧道型巨磁电阻效应（TMR）的一组或多组磁敏元件封装而成，可以精确测量由缺陷引起的扰动磁场。其中每一组磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安装在基板5 组成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封装在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可独立检测互相垂直两个方向的磁场。由于单个磁敏元件组体积小，检测范围有限，为了提高检测效率，可将多个磁敏元件组采用dip8规格封装起来，磁敏元件组之间的间距L根据实际需要的检测灵敏度调整，间距d为磁敏元件与基板5的边距。

当U型检测探头沿U型铁氧体磁芯长度方向扫查时，即可检测出与扫查方向走向一致的裂纹，此实施例主要应用于焊缝检测。

实施例2：如图1、图2所示，为检测非铁磁性金属时的较佳的实施例，图1中：被检工件1、U型铁氧体磁芯2、载流线圈3、磁场检测探头4。

被检工件1为非铁磁性金属，表面无防腐涂层。

U型检测探头由U型激励源和磁场检测探头两大部分组成。

其中U型激励源由载流线圈3在单个U型铁氧体磁芯2上均匀密绕而成，往载流线圈3上施加频率为50kHz的交流电，如果被检工件1表面无缺陷，U型磁芯两腿间工件表面将产生匀强的感应电流，如果存在沿U型铁氧体磁芯长度方向的裂纹，感应电流将会绕缺陷底部及两端经过，在被检工件1表面附近的空间中产生扰动磁场。

磁场检测探头的检测元件是由基于隧道型巨磁电阻效应（TMR）的一组或多组磁敏元件封装而成，可以精确测量由缺陷引起的扰动磁场。其中每一组磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安装在基板5组成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封装在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可独立检测互相垂直两个方向的磁场。由于单个磁敏元件组体积小，检测范围有限，为了提高检测效率，可将多个磁敏元件组采用dip8规格封装起来，磁敏元件组之 间的间距L根据实际需要的检测灵敏度调整，间距d为磁敏元件与基板5的边距。

当U型检测探头沿U型铁氧体磁芯长度方向扫查时，即可检测出与扫查方向走向一致的裂纹，此实施例主要应用于非铁磁性金属焊缝检测。

本实用新型提出的基于ACFM的U型检测探头，其U型激励源采用锰锌铁氧体作为磁芯，利用锰锌铁氧体高磁导率、高电阻率的特性，在通入高频正弦交流电时，较好地将激励线圈产生的磁力线约束在磁芯中，减少了漏磁场，增大了工件表面的感应电流，增强了小缺陷引起的扰动磁场，配合基于TMR技术的高灵敏度、高空间分辨率磁场检测探头，可显著提高ACFM的检测灵敏度。

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于交流电磁场检测的U型检测探头，其特征在于由U型激励源和磁场检测探头两部分构成，U型激励源由载流线圈在单个U型铁氧体磁芯上均匀绕制而成，磁场检测探头的磁场检测探头检测元件是由基于隧道型巨磁电阻效应的一组或多组磁敏元件封装而成，每一组磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安装在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封装在基板的同一平面上；磁敏元件为组阵列布置。