基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法
【技術領域】
[0001]本發明主要通過對探頭和傳感器結構的改進來進行信號分離的研究，故涉及了無損檢測和測試技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著世界工業的快速發展，管道在石油化工、煤礦行業、海洋工程等各個領域有著廣泛的應用，已經成為現代工業中不可缺少的部分。但隨著管道的服役時間越來越長，管道會具有一定的安全隱患，而發生的主要因素是管道腐蝕和磨損。因此，檢測管道的腐蝕、磨損情況及評價管道系統的可靠性和使用壽命，是避免管道事故發生的重要的手段之一。在對管道的檢測方法一般有射線、超聲、漏磁和渦流檢測等檢測技術；然而超聲需要耦合劑，射線需要放射源，漏磁檢測時需要磁飽和裝置，這些某種程度上都限制了檢測技術在管道檢測的發展。脈沖渦流作為一種新型的檢測技術，因其具有很寬的頻譜，只需一次掃描就能分析被測試件不同深度的缺陷，具有穿透深度強、包含信息豐富等特點，因此對管道等鐵磁性構件的檢測具有一定的優勢。
【發明內容】
[0003]本發明是針對鐵磁性材料的脈沖渦流檢測中存在渦流信號和漏磁信號的特點，采用矩形探頭作為檢測探頭，設計了置有霍爾傳感器PCB板，分別檢測不同區域，設置了磁屏蔽，以此來區分渦流信號和漏磁信號，豐富了缺陷定量的手段。
[0004]—種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，主要包括以下方面:
[0005](I)構建檢測系統:
[0006]搭建檢測的實驗平臺，將矩形探頭水平放置在被測試件的正上方，提離保持為Imm,將檢測探頭的激勵部分連接經過放大的脈沖信號，將PCB板..上的霍爾傳感器連接后續的信號調理電路；
[0007](2)設計了矩形差分式和絕對式探頭進行檢測
[0008](3)制作了霍爾傳感器的PCB線路板；
[0009](4)設計相應的信號發生和調理電路；
[0010](5)優化了檢測缺陷和探頭軸線之間的角度。
[0011]所述矩形差分探頭放置方式如下:探頭水平放置在被測試件正上方，探頭的中心軸線與試件軸線保持平行，提離值為1mm。
[0012]所述的檢測系統檢測缺陷的步驟如下:當檢測為脈沖渦流檢測模式時，矩形差分探頭放置在缺陷處時，缺陷處電渦流發生擾動，進而引起感生的二次磁場的變化，而傳感器所測信號為激勵場的一次磁場和二次磁場疊加；當檢測我脈沖漏磁檢測模式時，矩形探頭由于在中心處能產生垂直于缺陷的磁場分量，這時就會有磁場的泄露，霍爾傳感器能捕獲到渦流磁場和漏磁場的變化，并將磁場值轉化為電壓值的形式，經過后續的放大、濾波、去噪等處理，由示波器顯示信號并通過數據采集卡輸入到計算機進行后續的處理。
[0013]本發明的主要技術特點有:
[0014](I)本發明的設計的是矩形檢測探頭，區別于常規的圓柱形探頭，該探頭能產生方向性較好的渦流和磁場強度，有利于缺陷的檢測。
[0015](2)本發明是采用三個霍爾傳感器對信號差分檢測和直接檢測的技術，兩個霍爾傳感器對稱分布在檢測探頭兩端，分別檢測有、無缺陷信號，對應的是渦流信號，中間的傳感器檢測的是漏磁信號。
[0016](3)本發明設計了鋁制的磁屏蔽罩來屏蔽高頻渦流信號，進行對漏磁信號的保護。
[0017](4)本發明采取了缺陷和矩形探頭軸線呈45°來進行檢測，在此情況下檢測效果最佳。
[0018](5)本發明選取磁場的Y分量作為檢測信號的特征量，相比常規選取磁場Z分量，磁場Y分量的強度值更大。
【附圖說明】
[0019]圖1是矩形探頭脈沖渦流檢測示意圖。
[0020]圖2是霍爾傳感器的PCB圖。
[0021]圖3是帶屏蔽罩的霍爾傳感器PCB的截面圖。
[0022]圖4是矩形探頭脈沖渦流信號分離工作模式圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0024]首先，搭建如圖1所示的實驗平臺。調節直流電源合適的電壓輸入到方波發生電路，產生頻率可調的方波，通過功率放大器把微弱的信號進行放大，放大后的信號進入矩形差分探頭上所繞制的激勵線圈，激勵線圈本身會產生一次磁場；當矩形差分探頭(2)水平放置在試件(I)上時，試件內部渦流產生的二次磁場和一次磁場發生耦合，當遇到缺陷(3)時，渦流密度和分布發生改變，進而耦合的磁場發生擾動，通過霍爾傳感器來檢測到這種變化量；試件內部渦流由于缺陷(3)會引起磁感應強度值的變化，通過置于PCB板(4)兩側的霍爾傳感器(5)、(7)來分別檢測無缺陷處和缺陷(3)時的磁場，霍爾傳感器(6)檢測缺陷中間處的磁場。為了消除渦流磁場對漏磁的干擾，在霍爾傳感器(6)處設置鋁制的磁屏蔽罩(8)，來屏蔽高頻的渦流磁場。當缺陷(3)和矩形探頭(4)軸線呈45°時，具有最佳的檢測效果，由矩形探頭的對稱性，缺陷(10)、(14)呈90°時可進行檢測，霍爾傳感器(5)、(7)可對應于缺陷(10)上檢測點(9)、(13)處，也可以對應于缺陷(14)上檢測點(11)、(15)處，此時檢測的信號形成差分，對應渦流信號；霍爾傳感器(6)對應于缺陷(10)、(14)上的檢測點(12)處，所檢測的為漏磁信號，從而通過不同傳感器輸出的信號能夠成功分離出渦流和漏磁信號。把霍爾傳感器(5)、(6)、(7)接入后續的電路，為了消除高頻噪聲信號，有必要對其進行低通濾波處理，其原因是渦流中低頻成分對于缺陷的檢測起主要作用和濾除高頻噪聲，后續的信號進入信號調理電路進行調理，調理后的信號波形顯示在示波器上。數據采集卡一端負責采集產生的矩形脈沖信號，另一端負責對調理后的信號進行采集并輸入電腦，把數據引入MATLAB進行分析和處理，進行缺陷的識別與定量分析，通過以上兩種不同檢測模式的運行，能夠成功分離出檢測中的渦流和漏磁信號。
[0025]以上所述的僅是本發明的優選實施方式，本發明不限于以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本發明的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，包括如下特征:信號發生模塊、激勵線圈模塊、傳感器模塊、信號處理模塊、信號采集模塊等。系統具體運行流程為矩形探頭(2)水平放置在被測試件(I)上，并使矩形探頭(2)的激勵線圈連接放大器，PCB板(4)水平嵌入矩形探頭(2)兩端的槽內，檢測時使得PCB板(4)的霍爾傳感器正對著缺陷(3)。2.按照權利要求1所述基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，其特征在于:PCB (4)的長度和寬度和矩形探頭(2)相一致，其水平嵌套入矩形探頭內，保持PCB (4)和矩形探頭(2)之間的精密度。3.按照權利要求1所述基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，其特征在于:矩形探頭⑵水平放置在試件⑴上，它們之間的間隙不超過1mm，檢測時使PCB(4)上的霍爾傳感器正對著缺陷(3)。4.按照權利要求1所述基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，其特征在于:PCB板(4)從左邊到右邊依次布置三個霍爾傳感器(5)、(6), (7)，三個霍爾傳感器之間的間隔一致，霍爾傳感器(5)和(7)在PCB(4)板兩端，霍爾傳感器(6)在板的中間位置，設計了磁屏蔽罩⑶。5.按照權利要求1所述基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，其特征在于:當檢測系統處于工作模式中，缺陷(3)應該與矩形探頭(2)軸線呈45°有最佳的檢測效果，缺陷(10)、(14)之間呈90°能滿足檢測要求。6.按照權利要求1所述基于矩形探頭的脈沖渦流檢測硬件分離方法，其特征在于:霍爾傳感器(5)、(7)對應缺陷(10)上檢測點(9)、(13)或對應缺陷(14)上檢測點(11)、(15)，霍爾傳感器(6)對應檢測點(12)。
【專利摘要】本發明提供了一種能夠有效分離渦流信號和漏磁信號的矩形探頭脈沖渦流檢測的硬件方法，尤其是對于鐵磁性材料的檢測顯示其優越性。本方法主要是對探頭的結構設計和傳感器的布置做出了一些改進，主要通過不同方位傳感器和屏蔽罩的設置使鐵磁性材料中的渦流和漏磁信號得以有效分離，使得檢測信號能夠反映更多缺陷的信息，極大地利用了脈沖渦流頻譜寬的優勢。本系統主要包括了信號發生模塊、激勵線圈模塊、傳感器模塊、信號處理模塊、信號采集模塊等。
【IPC分類】G01N27/90
【公開號】CN105067701
【申請號】CN201510448415
【發明人】周德強, 王俊, 潘萌, 趙健, 杜陽
【申請人】江南大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月27日