CN215910397U - 多通道差动涡流检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多通道差动涡流检测系统，包括阵列涡流传感器、控制采集模块、多路模拟开关、前置放大器、锁相放大器和显示控制模块。其中，控制采集模块分别与多路模拟开关、前置放大器、所述锁相放大器、显示控制模块连接；锁相放大器还分别与阵列涡流传感器、前置放大器、显示控制模块连接，用于向阵列涡流传感器输出激励信号，及向控制采集模块输出阻抗信号；阵列涡流传感器、多路模拟开关和前置放大器依次连接，阵列涡流传感器用于输出多路检测信号。该系统采用多路复用技术、锁相放大技术，降低了硬件成本，保证了检测精度，提高了检测速度。

Description

多通道差动涡流检测系统

技术领域

本实用新型涉及涡流检测技术领域，特别是涉及一种多通道差动涡流检测系统。

背景技术

涡流检测是工业上常用的无损检测技术之一。它不需要耦合剂，可以在不接触的情况下进行检测，易于实现自动化和智能化检测，目前广泛应用于机械、航空、核电等领域。涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测方法，当传感器(线圈)扫描铁磁性导电材料时，缺陷将导致传感器(线圈)阻抗变化从而实现缺陷的检测。

涡流检测的噪声主要来自测量噪声、探头的抖动提离干扰、电桥固有噪声及测试工件和支撑架表面沉积、边沿效应等非缺陷因素造成的干扰。电桥的不一致也会导致电桥输出产生初始不平衡电压。消除涡流检测噪声和电桥的初始电压信号失平衡是涡流检测中需要解决的关键问题。

目前通常采用硬件自平衡技术消除电桥不平衡，但传统的硬件平衡技术电路较为复杂，并且检测速度和精度较低，对后续信号的处理及传感器的扩展也不友好，不利于信号的灵活处理及显示。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种成本低且检测速度和精度较高的多通道差动涡流检测系统。

一种多通道差动涡流检测系统，包括阵列涡流传感器、控制采集模块、多路模拟开关、前置放大器、锁相放大器和显示控制模块；

所述控制采集模块分别与所述多路模拟开关、所述前置放大器、所述锁相放大器、所述显示控制模块连接；

所述锁相放大器还分别与所述阵列涡流传感器、所述前置放大器、所述显示控制模块连接，用于向所述阵列涡流传感器输出激励信号，及向所述控制采集模块输出阻抗信号；

所述阵列涡流传感器、所述多路模拟开关和所述前置放大器依次连接，所述阵列涡流传感器用于输出多路检测信号。

在其中一个实施例中，所述控制采集模块包括Myrio1900设备。

在其中一个实施例中，所述阵列涡流传感器包括六组差分涡流线圈。

在其中一个实施例中，所述多路模拟开关包括六路模拟开关，所述六路模拟开关分别连接所述六组差分涡流线圈。

在其中一个实施例中，所述前置放大器包括AD620。

在其中一个实施例中，所述锁相放大器包括MFLI锁相放大器。

在其中一个实施例中，所述显示控制模块包括示波器。

上述多通道差动涡流检测系统中，采用多路复用技术、锁相放大技术，降低了硬件成本，保证了检测精度，提高了检测速度。

附图说明

图1为一个实施例中的多通道差动涡流检测系统的结构示意图；

图2为一个实施例中的控制采集模块的结构示意图；

图3为一个实施例中的阵列涡流传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平”的、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，一种多通道差动涡流检测系统，包括阵列涡流传感器100、控制采集模块200、多路模拟开关300、前置放大器400、锁相放大器500和显示控制模块600。其中，控制采集模块200分别与多路模拟开关300、前置放大器400、锁相放大器500、显示控制模块600连接；锁相放大器500还分别与阵列涡流传感器100、前置放大器400、显示控制模块600连接，用于向阵列涡流传感器100输出激励信号，及向控制采集模块200输出阻抗信号；阵列涡流传感器100、多路模拟开关300和前置放大器400依次连接，阵列涡流传感器100用于输出多路检测信号。

本实施例中，锁相放大器500输出激励信号(正弦信号)激励阵列涡流传感器100，该激励信号同时作为锁相放大器500的参考信号。阵列涡流传感器100输出的多路检测信号经过多路模拟开关300进入前置放大器400中，多路模拟开关300的切换由控制采集模块200控制。多路检测信号经前置放大器400放大后进入锁相放大器500进行相敏检波和低通滤波，而后锁相放大器500输出阻抗信号至控制采集模块200。显示控制模块600实时接收控制采集模块200输出的涡流信号，并以幅度图和阻抗图的形式显示出来。

需要说明的是，上述多通道差动涡流检测系统的优点包括：其一，传统的涡流传感器检测为单检测线圈，而本申请的阵列涡流传感器100为多检测线圈，通过多路复用技术将单检测线圈改为多检测线圈可以缩短涡流信号实时成像处理的时间；其二，传统单探头的机械扫描方式速度较低，而本申请采用线阵探头(即阵列涡流传感器100的多检测线圈)且使用电子开关(即多路模拟开关300的切换由控制采集模块200控制)，实现在一次扫描过程中各探头同时进行信号采集，通过电子开关选通控制，可以加快信号采集速度。

在一个实施例中，如图2所示，控制采集模块200包括Myrio1900设备。

本实施例中，Myrio1900设备是系统采集和控制的核心部件。Myrio1900设备内嵌Xilinx Zynq芯片，特别适用于控制、机器人、机电一体化、测控等领域的嵌入式工程项目应用。在本申请中，Myrio1900设备的数字输出引脚DIO0、DIO1、DIO2、DIO3分别与两个多路模拟开关300的开关选通地址引脚A₀、A₁、A₂、EN相连，实现多路模拟开关300的通道逻辑切换。锁相放大器500输出的阻抗信号x和y分量分别接到Myrio1900的两个差分模拟输入端AI0₊AI0_-和AI1₊AI1_-，两个差分模拟输入的采样精度为12位。此外，Myrio1900同时为前置放大器400和多路模拟开关300提供电源输出。

在一个实施例中，如图1和图3所示，阵列涡流传感器100包括六组差分涡流线圈。

具体地，如图1和图3所示，多路模拟开关300包括六路模拟开关，六路模拟开关分别连接六组差分涡流线圈。

本实施例中，六组差分涡流线圈通过两个多路模拟开关300与电桥相连，电桥的另外两个臂接100Ω精密电阻。在工作期间，正弦激励信号由锁相放大器500提供。六路模拟开关信号由PC机(LabVIEW)通过数字采集卡Myrio1900(控制采集模块200)提供。六路模拟开关连接按照S₁S₁→S₂S₂→S₃S₃→S₄S₄→S₅S₅→S₆S₆顺序循环完成阵列检测。在循环开关过程中，反映阻抗变化信息的电桥输出信号(多路检测信号)通过前置放大器400输入到锁相放大器500。经过一个非常短的开关周期后，系统将获得六个反映阻抗信息的电压值。阵列涡流传感器100的单次检测过程相当于传统的单个差动涡流探头对元件被测面(平面或曲面)的往复式逐级检测过程。因此，本申请中的阵列涡流传感器100提高了检测效率。

在一个实施例中，前置放大器400包括AD620。

本实施例中，AD620是一款低成本、高精度的仪表放大器。它只需要一个外部电阻来设置增益，增益范围从1到10000。AD620非常适合多路复用应用，其建立时间为15us，其电压增益由方程G＝49.4/R_G+1决定。其中，G是电压增益，R_G是外部电阻器。在本申请前置放大器400中，外部电阻设置为2.7kΩ，因此其电压增益为19.30。

在一个实施例中，锁相放大器500包括MFLI锁相放大器。

本实施例中，MFLI锁相放大器是一种用于测量动态信号的电子仪器。它的主要部件是振荡器、乘法器和低通滤波器(积分器)。它最基本和最常用的功能是从被噪声淹没的信号中测量某一频率的信号的相位和幅值。MFLI锁相放大器具有较强的抗噪声能力，广泛应用于各种高精度测量系统中。

在一个实施例中，显示控制模块600包括示波器。

本实施例中，显示控制模块600通过网络接口线设置锁相放大器500的参数。这些设置包括正弦激励信号的幅度、频率和信号检测输出模式。然后在上位机界面(示波器)初始化Y-X图像显示点和X、Y分量增益。在检测工件时，需要获取阵列涡流传感器100耦合到工件表面时电桥输出的初始不平衡电压，这一步是通过显示控制模块600上的平衡按钮来实现的。在后续的测量过程中，软件会自动从测量值中减去初始不平衡电压，同时还可以调整显示点或刷新显示界面来调整显示效果。

上述多通道差动涡流检测系统中，采用多路复用技术、锁相放大技术，降低了硬件成本，保证了检测精度，提高了检测速度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多通道差动涡流检测系统，其特征在于，包括阵列涡流传感器、控制采集模块、多路模拟开关、前置放大器、锁相放大器和显示控制模块；

所述控制采集模块分别与所述多路模拟开关、所述前置放大器、所述锁相放大器、所述显示控制模块连接；

所述锁相放大器还分别与所述阵列涡流传感器、所述前置放大器、所述显示控制模块连接，用于向所述阵列涡流传感器输出激励信号，及向所述控制采集模块输出阻抗信号；

所述阵列涡流传感器、所述多路模拟开关和所述前置放大器依次连接，所述阵列涡流传感器用于输出多路检测信号。

2.根据权利要求1所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述控制采集模块包括Myrio1900设备。

3.根据权利要求1所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述阵列涡流传感器包括六组差分涡流线圈。

4.根据权利要求3所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述多路模拟开关包括六路模拟开关，所述六路模拟开关分别连接所述六组差分涡流线圈。

5.根据权利要求1所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述前置放大器包括AD620。

6.根据权利要求1所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述锁相放大器包括MFLI锁相放大器。

7.根据权利要求1所述的多通道差动涡流检测系统，其特征在于，所述显示控制模块包括示波器。

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