CN206223733U - 自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其包括永磁铁磁化器、套设在构件上的接收线圈及激励线圈、直流线圈磁化器、磁场强度测量模块及磁致伸缩导波检测仪。所述磁场强度测量模块包括支撑结构、设置在所述支撑结构内的航空插座接头及多个霍尔元件，所述支撑结构开设有收容腔及与所述收容腔相连通的导线槽，多个所述霍尔元件收容于所述收容腔内；所述导线槽用于将所述霍尔元件的输出线引出到所述航空插座接头及引导所述霍尔元件的供电线；所述航空插座接头电性连接所述磁致伸缩导波检测仪，所述磁致伸缩导波检测仪用于将所述霍尔元件感测的电压信号转换为磁场强度值。

Description

自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置

技术领域

本实用新型属于无损检测技术相关领域，更具体地，涉及一种自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置。

背景技术

磁致伸缩导波具有单点激励即可实现长距离、构件100％界面检测等特点，非常适用于对管道、缆索等细长构件的大范围检测。在磁致伸缩导波无损检测中，偏置磁场是影响导波激励效率和接收效率的关键因素，决定了激励、接收过程的静态工作点，同时还能避免倍频效应。但是由于被检材料物理特性不同，且磁致伸缩换能效率与磁致伸缩系数与磁场的变化率有关，导波检测中偏置磁场大小需合理选择从而达到较好的检测效果。

目前，磁致伸缩导波检测一般使用永磁铁磁化器提供偏置磁场，在使用过程中，一方面永磁铁磁化器磁路相对稳定，当磁化器个数较少时，在磁化器正下方的构件部位磁场强度往往比其他部位较大，造成了磁化不均匀现象；另一方面，随着永磁铁磁能级的提高，磁铁磁化能力大大增加，在相同磁化器数量的情况下，新式磁化器磁化强度已达到甚至会超过最佳偏置磁场反而导致信号幅值减小。因而对构件磁化时，往往会出现磁化器过少时会出现磁化不均匀现象，随着磁化器增加，不均匀现象减弱，偏置磁场强度却超过最佳偏置磁场的情况。如何选择合理的永磁铁磁化器个数，从而使磁致伸缩导波检测系统处在较好的工作点上一直是个研究热点，如申请号为200810196822.6的专利公开了一种确定磁致伸缩导波检测工作点的方法，其主要通过将检测信号的首个非电磁脉冲信号作为参考信号，分别改变激励单元和接收单元偏置磁场的磁化强度，找到幅值最大时所对应的激励单元和接收单元偏置磁场的磁化强度，确定构件磁致伸缩导波检测的工作点，然而构件实际偏置磁场的大小并未确定，且检测时通过导波检测仪器幅值重复测量确定磁致伸缩导波检测的工作点，需重复开机进行测量，耗时较长且过程复杂，不适用于快速检测。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其基于磁致伸缩导波检测工作点的特点，针对磁致伸缩导波检测装置均进行了设计。所述磁致伸缩导波检测装置通过多个霍尔元件测量外部空气磁场强度的电压值进而表征构件的偏置磁场强度，通过磁场强度测量模块采集不同位置处的磁场强度，并对应幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值，进而将多个对应幅值进行求和平均获得计算幅值，多次实验以找到最大计算幅值及其所对应的磁化器的个数，最终实现磁致伸缩导波检测工作点的优化，提高检测灵敏度，过程简单，耗时较短，无需重复开机。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其包括永磁铁磁化器、套设在构件上的接收线圈及激励线圈、直流线圈磁化器、磁场强度测量模块及电性连接所述磁场强度测量模块的磁致伸缩导波检测仪，所述磁场强度测量模块邻近所述激励线圈设置，其特征在于：

所述永磁铁磁化器与所述直流线圈磁化器可拆卸的连接于所述构件；所述磁场强度测量模块包括支撑结构、设置在所述支撑结构内的航空插座接头及多个霍尔元件，所述支撑结构开设有收容腔及与所述收容腔相连通的导线槽，多个所述霍尔元件收容于所述收容腔内；所述导线槽用于将所述霍尔元件的输出线引出到所述航空插座接头及引导所述霍尔元件的供电线；所述航空插座接头电性连接所述磁致伸缩导波检测仪，所述磁致伸缩导波检测仪用于将所述霍尔元件感测的电压信号转换为磁场强度值。

进一步的，所述支撑结构的数量为两个，两个所述支撑结构对称设置，且两者通过合页与搭扣配合进行连接以形成所述磁场强度测量模块的支架。

进一步的，所述霍尔元件的数量为十个，每个所述支撑结构上设置五个所述霍尔元件，十个所述霍尔元件绕所述支架的中心轴均匀排布。

进一步的，所述磁致伸缩导波检测装置还包括恒流源，所述恒流源电性连接所述直流线圈磁化器。

进一步的，所示磁致伸缩导波检测仪包括连接于所述接收线圈的信号处理器、计算机、电性连接所述信号处理器及所述计算机的模数转换器、连接于激励线圈的功率放大器及电性连接所述计算机及所述功率放大器的信号发生器，所述计算机电性连接所述航空插座接头。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，本实用新型提供的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其通过多个霍尔元件测量外部空气磁场强度的电压值进而表征构件的偏置磁场强度，通过磁场强度测量模块采集不同位置处的磁场强度，并对应幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值，进而将多个对应幅值进行求和平均获得计算幅值，多次实验以找到最大计算幅值及其所对应的磁化器的个数，最终实现磁致伸缩导波检测工作点的优化，提高检测灵敏度，过程简单，耗时较短，无需重复开机。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施方式提供的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置的磁场强度测量模块的结构示意图。

图2是图1中的磁致伸缩导波检测装置处于使用状态的示意图。

图3是图1中的磁致伸缩导波检测装置的工作流程图。

图4是图2中的磁致伸缩导波检测装置经实验测得的激励端在不同偏置磁场下首个非电磁脉冲信号的波形图。

图5是图2中的磁致伸缩导波检测装置经实验测得的激励端幅值曲线图。

图6是图2中的磁致伸缩导波检测装置经实验测得的接收端幅值曲线图。

图7是图2中的磁致伸缩导波检测装置经实验测得的激励端工作点分布示意图。

图8是图2中的磁致伸缩导波检测装置经实验测得的接收端工作点分布示意图。

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-支撑结构，2-航空插座接头，3-导线槽，4-霍尔元件，5-构件，6-永磁铁磁化器，7-直流线圈磁化器，8-接收线圈，9-激励线圈，10-磁场强度测量模块，11-磁致伸缩导波检测仪，12-信号处理器，13-模数转换器，14-计算机，15-信号发生器，16-功率放大器，17-恒流源。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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。

请参阅图1至图4，本实用新型较佳实施方式提供的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其通过霍尔元件测量外部空气磁场强度所得电压值进而表征构件的偏置磁场，采集不同位置处的磁场强度，并对应幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值，进而进行求和平均获得计算幅值，最终实现磁致伸缩导波检测装置的工作点的优化，提高检测灵敏度。

所述磁致伸缩导波检测装置包括永磁铁磁化器6、接收线圈8、激励线圈9、直流线圈磁化器7、磁场强度测量模块10、磁致伸缩导波检测仪11及恒流源17。所述激励线圈9套设在构件5的外部，其用于在输入正弦脉冲电流作用下产生交变磁场。所述直流线圈磁化器7与所述及激励线圈9相对设置，其用于产生磁致伸缩过程中所需的偏置磁场。本实施方式中，所述直流线圈磁化器7电性连接于所述恒流源17，其是由漆包线绕制的同轴线圈，所述同轴线圈共10层，每层150匝，所述漆包线的直径为1.3㎜；所述恒流源17用于为所述直流线圈磁化器7提供偏置电流，使其产生偏置磁场，其供电电流范围为0A～10A；所述激励线圈9及所述接收线圈8均是线径为0.13㎜的螺线管线圈；所述直流线圈磁化器7与所述构件5保持同心设置；所述永磁铁磁化器6及所述直流线圈磁化器7可拆卸的连接于所述构件5。

所述永磁铁磁化器6沿所述构件5的周向设置，其用于产生静态磁场，所述静态磁场用于与所述交变磁场共同作用激励所述构件5产生磁致伸缩导波信号。所述接收线圈8套设于所述构件5的外部，其用于在所述磁致伸缩导波信号的作用下感应磁通量变化而生成电信号。所述磁场强度测量模块10邻近所述构件5设置，其用于测量所述构件5的表面磁场强度。本实施方式中，所述永磁铁磁化器6是由两块永磁铁及一块原料为工业纯铁的衔铁构成，其用于为接收端提供偏置磁场。

所述磁场强度测量模块10包括支撑结构1、航空插座接头2及多个霍尔元件4，两个所述支撑结构1对称设置以形成所述磁场强度测量模块10的支架，两个所述支撑结构1通过合页与搭扣相配合以进行连接，所述支架基本为空心圆柱体结构。

所述支撑结构1开设有收容腔及与所述收容腔相连通的导线槽3，所述收容腔用于收容所述霍尔元件4及确保所述霍尔元件4的测量方向。本实施方式中，所述霍尔元件4在安装时被从所述支撑结构1的底部塞入所述支撑结构1，所述收容腔内留有预定的空间冗余，所述霍尔元件4被放到预定位置后，将粘胶剂填充入所述收容腔来固定所述霍尔元件4。

所述导线槽3主要用于引导导线，其一方面将所述霍尔元件4的输出线引出到所述航空插座接头2，另一方面引导所述霍尔元件4的供电线。所述航空插座接头2电性连接于所述磁致伸缩导波检测仪11，所述磁致伸缩导波检测仪11将所述霍尔元件4的电压信号转换为磁场强度值。本实施方式中，所述航空插座接头2设置在所述支撑结构1内；所述霍尔元件4的数量为10个，每个所述支撑结构1上设置五个所述霍尔元件4，且对应的五个所述霍尔元件4相对于所述空心圆柱体结构的中心轴均匀分布，可以理解，在其他实施方式中，所述霍尔元件4的数量可以根据实际需要增加或者减少；所述霍尔元件4紧贴所述支撑结构1的底部，其敏感面垂直于所述构件5的轴线。

所述磁致伸缩导波检测仪11电性连接于所述磁场强度测量模块10，其包括计算机14、信号发生器15、功率放大器16、信号处理器12及模数转换器13，所述计算机14的一端电性连接所述航空插座接头2，另一端分别连接所述信号发生器15及所述模数转换器13。本实施方式中，所述计算机14用于控制所述信号发生器15产生正弦脉冲电信号并接收检测波形。

所述信号处理器12连接所述接收线圈8及所述模数转换器13，所述计算机14连接所述模数转换器13及所述信号发生器15，所述功率放大器16连接所述信号发生器15及所述激励线圈9。所述信号处理器12用于接收所述接收线圈8产生的电信号，并将接收到的所述电信号进行放大后发送至所述模数转换器13。所述模数转换器13用于将接收到的所述电信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至所述计算机14。所述计算机14依据所述数字信号控制所述信号发生器15产生对应的正弦脉冲电信号，并将所述正弦脉冲电流信号发送至所述功率放大器16。所述功率放大器16用于将接收到的所述正弦脉冲电流信号放大后输入到所述激励线圈9。

请参阅图5至图8，本实用新型较佳实施方式提供的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置感测工作点的过程包括以下步骤：

步骤一，将磁致伸缩导波检测装置设置在待检测的管道件上。具体地，将所述磁致伸缩导波检测装置设置在所述构件5上。

步骤二，通过磁致伸缩导波检测装置实验获得激励端幅值曲线图。具体地，由于是第一次对所述构件5进行检测，没有所述构件5的材料的激励端和接收端偏置磁场与首个非电磁脉冲幅值的对应关系曲线图，需要通过实验获得；当然，在其他实施方式中，如果有对应的材料的激励端和接收端与首个非电磁脉冲幅值的对应关系曲线图，则可以直接应用。

本实施方式中，所述磁滞伸缩导波检测装置进行实验以获得所述激励端幅值曲线图包括以下步骤：

(21)设定所述激励线圈9的电压及其他参数不变，所述构件5的接收端安装所述永磁铁磁化器6并保持永磁铁磁化器6的数量不变，所述构件5的激励端安装所述直流线圈磁化器7；

(22)逐步增加所述直流线圈磁化器7的电流，利用所述磁场强度测量模块10测量所述直流线圈磁化器7提供的磁场强度，同时记录接收信号首个非电磁脉冲幅值；

(23)以幅值为纵坐标，测得的偏置磁场强度为横坐标得到该条件下偏置磁场强度与幅值之间的关系，即得到激励端幅值曲线图；幅值大小可以表示导波换能效率大小，则激励端幅值曲线图可以表示偏置磁场与换能效率之间的关系。

本实施方式中，初始状态时，所述直流线圈磁化器7内的电流为0A，开始实验之后，所述直流线圈磁化器7内的电流以0.2A的幅度逐渐增加直至所述直流线圈磁化器7内的电流达到10A；所述霍尔元件4直接测量的是空气中的磁感应强度，输出电压值，需要将所述电压值对应换算成磁场强度。

步骤三，通过磁致伸缩导波检测装置实验获得接收端幅值曲线图，具体地，所述磁滞伸缩导波检测装置进行实验以获得所述接收端幅值曲线图包括以下步骤：

(31)设定所述激励线圈9的电压及其他参数不变，所述构件5的接收端安装所述直流线圈磁化器7，所述激励端安装所述永磁铁磁化器6并保持所述永磁铁磁化器6的数量保持不变；

(32)逐步增加所述直流线圈磁化器7的电流，利用所述磁场强度测量模块10测量所述直流线圈磁化器7提供的磁场强度，同时记录接收信号首个非电磁脉冲幅值；

(33)以幅值为纵坐标，测得的偏置磁场强度为横坐标得到该条件下偏置磁场强度与幅值之间的关系，即得到接收端幅值曲线图；幅值大小可以表示导波换能效率大小，则接收端幅值曲线图可以表示偏置磁场与换能效率之间的关系。

步骤四，依据激励端幅值曲线图及磁场强度感测数据确定激励端工作点。具体地，在所述激励端安装一个所述永磁铁磁化器6，在所述接收端安装3个所述永磁铁磁化器6；对应的多个所述霍尔元件4感测所述构件5周向不同位置处的磁场强度，并对应所述激励端幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值；之后，将找出的对应幅值进行求和平均可得到所述激励端的永磁铁磁化器6为一个时的计算幅值，见表1；随后，对照所述激励端端幅值曲线以增加或者减少所述激励端的永磁铁磁化器数量，直至找到激励端最大计算幅值及其所对应的永磁铁磁化器的个数。本实施方式中，所述激励端的最大计算幅值所对应的永磁铁磁化器的个数为2，即激励端最佳磁化器个数为2个。

表1

本实施方式中，随着激励端偏置磁场的变化，首个非电磁脉冲信号幅值也随之变化，当激励端偏置磁场为5kA/m和23kA/m时，接收信号幅值较大，此时检测灵敏度高。

步骤五，依据接收端幅值曲线图及磁场强度感测数据确定接收端工作点。具体地，在所述接收端安装一个所述永磁铁磁化器6，在所述激励端安装3个所述永磁铁磁化器6；对应的多个所述霍尔元件4感测所述构件5周向不同位置处的磁场强度，并对应所述接收端幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值；之后，将找出的对应幅值进行求和平均可得到所述接收端的永磁铁磁化器为1个时的计算幅值；随后，对照所述接收端幅值曲线以增加或者减少所述接收端的永磁铁磁化器数量，直至找到接收端最大计算幅值及其所对应的永磁铁磁化器的个数。本实施方式中，所述接收端的最大计算幅值所对应的永磁铁磁化器的个数为4，即接收端最佳磁化器个数为4个。

步骤六，依据获得的激励端工作点及接收端工作点确定激励端与接收端的最佳磁化器组合。具体地，依据步骤四和步骤五所获得激励端最佳磁化器个数和接收端最佳磁化器个数，得到激励端与接收端的最佳磁化器组合，即磁致伸缩导波检测的最佳工作点。本实施方式中，最佳磁化器组合为接收端磁化器个数为四个，激励端磁化器个数为两个。

本实用新型提供的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其通过多个霍尔元件测量外部空气磁场强度的电压值进而表征构件的偏置磁场强度，通过磁场强度测量模块采集不同位置处的磁场强度，并对应幅值曲线找出不同位置处的磁场强度的对应幅值，进而将多个对应幅值进行求和平均获得计算幅值，多次实验以找到最大计算幅值及其所对应的磁化器的个数，最终实现磁致伸缩导波检测工作点的优化，提高检测灵敏度，过程简单，耗时较短，无需重复开机。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其包括永磁铁磁化器、套设在构件上的接收线圈及激励线圈、直流线圈磁化器、磁场强度测量模块及电性连接所述磁场强度测量模块的磁致伸缩导波检测仪，所述磁场强度测量模块邻近所述激励线圈设置，其特征在于：

所述永磁铁磁化器与所述直流线圈磁化器可拆卸的连接于所述构件；所述磁场强度测量模块包括支撑结构、设置在所述支撑结构内的航空插座接头及多个霍尔元件，所述支撑结构开设有收容腔及与所述收容腔相连通的导线槽，多个所述霍尔元件收容于所述收容腔内；所述导线槽用于将所述霍尔元件的输出线引出到所述航空插座接头及引导所述霍尔元件的供电线；所述航空插座接头电性连接所述磁致伸缩导波检测仪，所述磁致伸缩导波检测仪用于将所述霍尔元件感测的电压信号转换为磁场强度值。

2.如权利要求1所述的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其特征在于：所述支撑结构的数量为两个，两个所述支撑结构对称设置，且两者通过合页与搭扣配合进行连接以形成所述磁场强度测量模块的支架。

3.如权利要求2所述的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其特征在于：所述霍尔元件的数量为十个，每个所述支撑结构上设置五个所述霍尔元件，十个所述霍尔元件绕所述支架的中心轴均匀排布。

4.如权利要求1所述的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其特征在于：所述磁致伸缩导波检测装置还包括恒流源，所述恒流源电性连接所述直流线圈磁化器。

5.如权利要求1所述的自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置，其特征在于：所示磁致伸缩导波检测仪包括连接于所述接收线圈的信号处理器、计算机、电性连接所述信号处理器及所述计算机的模数转换器、连接于激励线圈的功率放大器及电性连接所述计算机及所述功率放大器的信号发生器，所述计算机电性连接所述航空插座接头。