CN205538829U - 一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，包括运送待检测金属管件的运送装置、待检测金属管件从中穿过的直流磁化线圈、磁敏传感器、信号调理电路、采集卡和计算机，磁敏传感器、信号调理电路、采集卡和计算机依次连接，所述磁敏传感器围绕待检测金属管件周向于动生涡电流集中的靠近区或/和离开区布置。待检测金属管件由运送装置运送穿过直流磁化线圈，磁敏传感器拾取管件表面的电磁场变化信号，将电磁场变化信号转化为电信号，电信号经信号调理电路放大、滤波后，由采集卡进行A/D转换，提供给计算机分析处理，得到管件的缺陷信息。本实用新型能够对金属管件内/外部缺陷进行准确高速的检测，且装置结构简单，制造成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及无损检测领域，具体涉及一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，适用于金属管件内/外部缺陷的高速无损检测。
背景技术
目前，金属管件有多种无损检测方法来实现其缺陷的检测，如磁粉检测、渗透检测、超声检测、涡流检测、射线检测、交流场检测、交流电势检测、直流电势检测以及漏磁检测等多种检测方法。
然而，现有的金属管件无损检测方法中，磁粉检测(MPT,1922年美国霍克)及渗透检测(PT,1940美国Magnaflux公司)因磁吸附作用或毛细作用细显原理而需人工手动操作，导致其效率不高；超声检测(UT,1929年俄国Sokolov)存在着激励与检测频率匹配而限制了扫描速度的问题；涡流检测(ECT,1935年德国霍斯特)由于趋附效应而对管件内部缺陷的检测失效；射线检测(RT,1900法国海关)具有辐射性，原则上尽可能减少使用；交流场检测法(ACFM,1980英国石油公司)和交流电势检测法(ACPD,1980英国伦敦大学学院)与涡流检测法一样，因趋附效应而不能检测内部缺陷；直流电势法(DCPD,1991Read和Pfuff)是一种基于缺陷处电压变化原理的探针电回路接触式检测，因接触式磨损而无法实现高速检测，且对表面有绝缘附着物的检测体失效；漏磁检测法(MFL,1923美国Sperry)仅适用于导磁性管件的缺陷检测，从而对有色金属(非导磁性导电体如不锈钢、铜、铝及钛合金等)以及高温黑色金属失效(过居里点而失去磁性)，并且在高速检测时，由于磁化滞后效应导致构件的磁化不足，而无法产生足够强度的漏磁场。上述现有技术的金属管件无损检测方法，都无法实现对金属管件缺陷进行高速检测，不能满足生产的需要。因此，生产实践亟需提供一种可用于对金属管件内/外部缺陷全面进行检测的高速检测方法。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，以实现金属管件内/外部缺陷的高速检测要求。
为实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
本实用新型提供的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其构成包括运送待检测金属管件的运送装置、待检测金属管件从中穿过的直流磁化线圈、磁敏传感器、信号调理电路、采集卡和计算机，磁敏传感器、信号调理电路、采集卡和计算机依次连接，所述磁敏传感器围绕待检测金属管件周向于动生涡电流集中的靠近区或/和离开区内布置，检测装置运行时，待检测金属管件由运送装置运送穿过直流磁化线圈，磁敏传感器拾取管件表面的电磁场变化，将电磁场变化转化为电信号，电信号经信号调理电路放大、滤波后，由采集卡进行A/D转换，提供给计算机进行分析处理，得到管件的缺陷信息。
在本实用新型的上述技术方案中，所述磁敏传感器优先考虑分别设置在直流磁化线圈两侧动生涡电流集中的靠近区和离开区内，且沿待检测金属管件周向均匀阵列布置。进一步地，所述阵列布置的磁敏传感器可通过支架设置在直流磁化线圈上。
在本实用新型的上述技术方案中，所述磁敏传感器的端面与待检测金属管件表面之间的距离一般大于2.0mm；最好控制在0.5mm～1.0mm范围。
在本实用新型的上述技术方案中，所述运送装置，最好使其运送的待检测金属管件与直流磁化线圈同轴地穿过直流磁化线圈。
在本实用新型的上述技术方案中，所述传送装置优先采用“V”型轮运送装置，在直流磁化线圈的两边至少各布置一副“V”型轮机构。
在本实用新型的上述技术方案中，所述运送装置运送待检测金属管件的移动速度最好不低于3米/分钟。
在本实用新型的上述技术方案中，磁场强度可根据需要通过磁化线圈的通电电流幅值进行调节。直流磁化线圈在磁敏传感器布置区域内产生的径向磁场强度最好不得低于3000A/m。
本实用新型的发明人研究中发现，以直流磁化线圈作为磁场源，所产生的磁场为具有径向分量的分布磁场，当待检测管件与直流磁化线圈同轴地穿过直流磁化线圈，由于金属管件材料内部电子的运动方向与磁场的径向分量垂直，在洛伦兹力的作用下，在金属管件内部形成沿圆周方向均匀分布的涡电流闭合环路，当管件中存在缺陷时，涡电流环路在缺陷处的传导路径将发生畸变，并在管件表面形成可探测的扰动电磁场，可通过在金属管件表面布置磁敏感传感器阵列，拾取管件表面的电磁场变化信号，通过管件表面电磁场信号特征来获得管件内的缺陷信息。本实用新型正是基于发明人的上述发现提出了本实用新型的技术方案。
本实用新型提供的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其中直流磁化线圈在空间形成具有径向分量的磁场分布，金属管件通过线圈时切割磁力线，从而在金属管件靠近直流磁化线圈的靠近区和离开区分别形成动生涡电流，金属管件中如有缺陷存在，涡电流传导路径将发生畸变，并在管件表面形成可探测的扰动电磁场。在靠近区和离开区的管件表面周向布置的传感器阵列，拾取缺陷引起的动生涡电流环路畸变形成的扰动电磁场信号，最终根据扰动电磁场信号特征获得管件内的缺陷信息。
本实用新型所提供的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，以运动金属管件切割磁力线在金属管件体内产生的动生涡电流作为激励，消除了高频交变电磁场趋附效应的影响，从而解决了高频电磁检测探测深度不够的问题，从而可实现探测金属管件内/外部缺陷。又由于管件运行速度越快，管件体内的动生涡电流强度越大，进而缺陷检测灵敏度也越高，最终可实现金属管件内/外部缺陷的高速检测要求。
附图说明
图1-1为本实用新型的金属管件无损检测装置主视结构示意图；
图1-2为本实用新型的金属管件无损检测装置左视结构示意图
图2为直流磁化线圈产生的磁场分布示意图；
图3为金属管件内动生涡电流分布示意图；
图4为磁敏传感器阵列布置示意图；
图5为金属管件中无缺陷时的涡电流环路分布示意图；
图6为金属管件中有缺陷时的涡电流环路分布示意图。
上述附图中的各图示标号表示对象分别为：1-待测金属管件；2-直流磁化线圈；3-运送装置；4、4'-磁敏传感器阵列；5-信号调理电路；6-采集卡；7-计算机；8-支架；9、9'-涡电流闭合环路。
具体实施方式
下面结合附图给出本实用新型的具体实施方式，并通过具体实施方式对本实用新型的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置作进一步的说明。需要特别指出的是，本实用新型的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。
在下面所述具体实施方式中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用方向用语是为了便于说明本实用新型，并非用来限制本实用新型。
本实施例的基于动生涡电流的金属管件无损检测装置，其结构如图1所示，构成包括：运送待检测金属管件1的“V”型轮运送装置3，待检测金属管件从中穿过的直流磁化线圈2，在直流磁化线圈2两侧周向360°布置的磁敏传感器阵列4与4'，信号调理电路5，采集卡6和计算机7。所述磁敏传感器阵列4与4'由四个支架8固定在直流磁化线圈2上，磁敏传感器的端面与待检测金属管件表面之间的距离为1.0mm。待检测金属管件1在“V”型轮运送装置3的驱动下以10米/分钟速度作直线推进运动，从直流磁化线圈中穿过，由磁敏传感器阵列4与4'拾取金属管件中的缺陷引起的扰动电磁场信号，并将扰动电磁场信号转化为电信号，电信号经信号调理电路5进行放大、滤波之后，进入采集卡6进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，最后进入计算机7进行信号处理并显示。所述直流磁化线圈可在磁敏传感器布置区域内产生径向磁场强度5000A/m。
直流磁化线圈产生的磁场分布如图2所示。以待检测金属管件1(以下简称管件)轴线为中心，建立圆柱坐标系。沿着管件运动方向，以直流磁化线圈2为中心将管件划分为靠近区和离开区，并对磁化线圈施加如图所示方向磁化传导电流，形成的磁化场主要特征是：在靠近区磁力线从空气中进入管件，在磁化线圈中部汇聚，然后在离开区折射入空气中。将磁化场矢量B(r,z)分解为轴向分量Bz(r,z)和径向分量Br(r,z)。径向分量Br(r,z)在靠近区方向指向管件内部，在磁化线圈中部为发生转变，在离开区方向指向管件外部。与管件同轴的圆环l(r0,z0)在前进过程中的速度方向与径向分量Br(r,z)垂直，从而会在管件内部产生动生涡电流。
管件内动生涡电流分布如图3所示。由于管件1与磁化线圈2同轴，根据管件1的运动方向以及磁场径向分量Br(r,z)的分布，管件中的自由电子在洛伦兹力的作用下，在管件的靠近区与离开区，分别形成沿圆周方向均匀分布的涡电流闭合环路9与9'。其中，靠近区的动生涡电流闭合环路9的方向与磁化传导电流方向相反，而在离开区，动生涡电流闭合环路9'的方向与磁化传导电流方向相同。
磁敏传感器阵列布置如图4所示。在直流磁化线圈2两侧的靠近区与离开区布置360°全周向传感器阵列4与4'，分别用于拾取动生涡电流环路9与9'附近的扰动电磁场信号。电磁场的变化信号由传感器阵列4与4'转化为电信号，随后经过信号调理电路5进行放大、滤波，之后进入采集卡6进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，最后进入计算机7进行信号处理并显示。
金属管件中无缺陷时的涡电流环路分布如图5所示。当金属管件1靠近区和离开区内无缺陷时，动生涡电流9与9'在管件内均匀分布，此时传感器阵列4与4'所拾取的电磁场信号并无异常。
金属管件中有缺陷时的涡电流环路分布如图6所示。如果管件1中存在裂纹等缺陷，涡电流环路9与9'在缺陷处的传导路径将发生畸变，并在管件表面形成可探测的扰动电磁场。布置于管件表面的传感器阵列4与4'将拾取到该电磁场的变化信号，从而可实现缺陷的有效检测。
Claims (10)
1.一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：包括运送待检测金属管件(1)的运送装置(3)、待检测金属管件从中穿过的直流磁化线圈(2)、磁敏传感器、信号调理电路(5)、采集卡(6)和计算机(7)，磁敏传感器、信号调理电路、采集卡和计算机依次连接，所述磁敏传感器围绕待检测金属管件周向于动生涡电流集中的靠近区或/和离开区内布置，检测装置运行时，待检测金属管件由运送装置运送穿过直流磁化线圈，磁敏传感器拾取管件表面的电磁场变化信号，将电磁场变化信号转化为电信号，电信号经信号调理电路放大、滤波后，由采集卡进行A/D转换，提供给计算机进行分析处理，得到管件的缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述磁敏传感器分别设置在直流磁化线圈两侧动生涡电流集中的靠近区和离开区内，且沿待检测金属管件周向均匀阵列布置。
3.根据权利要求2所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：阵列布置的磁敏传感器通过支架(8)设置在直流磁化线圈上。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述磁敏传感器的端面与待检测金属管件表面之间的距离不大于2.0mm。
5.根据权利要求4所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述磁敏传感器的端面与待检测金属管件表面之间的距离为0.5～1.0mm。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述运送装置使其运送的待检测金属管件与直流磁化线圈同轴地从直流磁化线圈中穿过。
7.根据权利要求1或2或3所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述运送装置为“V”型轮运送装置，直流磁化线圈的两边至少各布置一副“V”型轮机构。
8.根据权利要求1或2或3所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：所述运送装置运送待检测金属管件的移动速度不低于3 米/分钟。
9.根据权利要求1或2或3所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：直流磁化线圈在磁敏传感器布置区域内产生的径向磁场强度不得低于3000A/m。
10.根据权利要求8所述的基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置，其特征在于：直流磁化线圈在磁敏传感器布置区域内产生的径向磁场强度不得低于3000A/m。
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Cited By (3)
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| CN105510433A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-04-20 | 四川大学 | 一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置 |
| CN110296825A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-10-01 | 永康微唯智能科技有限公司 | 一种水泥管材内部缝隙检测装置 |
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2016
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