一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法
2023-10-18 13:01:14
一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法，包括激勵線圈、磁芯、檢測線圈、信號調節器、A/D採集卡、計算機、電源、脈衝信號激勵器和功率放大器。與現有技術相比，本發明由脈衝信號發生器產生周期性脈衝信號，加載在激勵探頭上，從而在工件亞表面及深層處感應出交變的脈衝磁場，通過信號調理電路繼續濾波和去噪，利用基於USB總線的數據採集卡採集，採用瞬態信號分析方法繪製出BX和BZ方向的感應電壓信號峰值波形，實現亞表面缺陷及深層缺陷的智能識別和量化。本發明有效彌補深層缺陷交流電磁場檢測技術的不足，為結構體亞表面及深層缺陷高靈敏度全面快速定量識別提供一種全新的方法，提高裝備結構的本質安全水平。
【專利說明】一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電磁無損檢測方法，尤其涉及一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002]交流電磁場檢測(ACFM)是一種非接觸電磁無損檢測技術，由於其具有非接觸檢測，數學模型明確，定量識別精度高，檢測速度快，對探頭的提離運動不敏感等獨特優點，已廣泛應用於土木工程、石油化工、電力及核工業等領域。但是，由於目前大多ACFM技術理論中以6000Hz左右的單頻正弦交流電信號進行激勵，由於集膚效應，感應電流集中於工件表面，感應電磁場透入深度較淺，無法實現工件中非表面缺陷的檢測，一般只適用於表面缺陷的檢測，致使現有的ACFM技術和裝備不能滿足設備結構物不同類型深層缺陷的全面檢測需求，大大降低了交流電磁場檢測技術的實用性和檢測效率，在很大程度上限制了該技術的發展和深化，如何提高ACFM檢測技術對結構物亞表面及深層的隱藏缺陷的檢測靈敏度顯得十分重要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法。
[0004]本發明通過以下技術方案來實現上述目的:
[0005]一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置，包括激勵線圈、磁芯、檢測線圈、信號調節器、A/D採集卡、計算機、電源、脈衝信號激勵器和功率放大器，所述檢測線圈位於所述磁芯中部的下方並貼近工件的工件缺陷處，所述檢測線圈的信號輸出端依次通過所述信號調節器和所述A/D採集卡與所述計算機連接，所述電源同時與所述信號調節器和所述脈衝信號激勵器連接，所述脈衝信號激勵器的信號輸出端通過所述功率放大器與所述激勵線圈連接，所述激勵線圈位於所述磁芯的中段。
[0006]具體地，所述信號調節器由前置放大器AD620和巴特沃斯濾波器組成，A/D採集卡為一種基於USB總線的數據採集卡。
[0007]一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測方法，包括以下步驟:
[0008](I)脈衝信號發生器產生一定頻率及幅值的周期性脈衝信號；
[0009](2)採用材料為錳鋅鐵氧體的磁芯作為激勵探頭的骨架，並在其上繞制一定匝數的線圈作為激勵線圈，二者組成激勵探頭，同時在磁芯的缺口處設置用於提取工件畸變信號的檢測線圈；
[0010](3)將步驟(I)產生的脈衝信號，經過功率放大器加載到步驟(2)中的激勵探頭，根據交流電的集膚效應，用於在工件亞表面及深層處感應出交變的脈衝磁場；
[0011](4)利用步驟(2)中檢測探頭提取工件表面X和Z方向的畸變信號，然後輸入信號調理電路進行信號濾波和消噪，再經數據採集卡採集到計算機進行信號處理和顯示；
[0012](5)根據計算機採集的缺陷特徵信號，利用瞬態信號分析方法，提取檢測探頭在工件表面每個位置的BX和BZ感應電壓信號分布的峰值，繪製出沿測試路徑方向的BX和BZ的峰值波形曲線，實現對工件亞表面及深層缺陷的智能識別和量化。
[0013]進一步，所述步驟(2)的檢測探頭主要由正交的BX檢測線圈和BZ檢測線圈組成，分別用於提取感應電壓信號在X和Z方向的畸變值。
[0014]本發明的有益效果在於:
[0015]本發明是一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置及檢測方法，與現有技術相t匕，本發明由脈衝信號發生器產生周期性脈衝信號，加載在激勵探頭上，從而在工件亞表面及深層處感應出交變的脈衝磁場，通過信號調理電路繼續濾波和去噪，利用基於USB總線的數據採集卡採集，採用瞬態信號分析方法繪製出BX和BZ方向的感應電壓信號峰值波形，實現亞表面缺陷及深層缺陷的智能識別和量化。本發明有效彌補深層缺陷交流電磁場檢測技術的不足，為結構體亞表面及深層缺陷高靈敏度全面快速定量識別提供一種全新的方法，提高裝備結構的本質安全水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明所述亞表面缺陷檢測裝置的結構示意圖。
[0017]圖中:1_激勵線圈、2-磁芯、3-檢測線圈、4-工件、5-工件缺陷處。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0019]如圖1所示:一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置，包括激勵線圈1、磁芯
2、檢測線圈3、信號調節器、A/D採集卡、計算機、電源、脈衝信號激勵器和功率放大器，檢測線圈3位磁芯2中部的下方並貼近工件4的工件缺陷處5，檢測線圈3的信號輸出端依次通過信號調節器和A/D採集卡與計算機連接，電源同時與信號調節器和脈衝信號激勵器連接，脈衝信號激勵器的信號輸出端通過功率放大器與激勵線圈I連接，激勵線圈I位於磁芯2的中段，信號調節器由前置放大器AD620和巴特沃斯濾波器組成，A/D採集卡為一種基於USB總線的數據採集卡。
[0020]如圖1所示:一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測方法，包括以下步驟:
[0021](I)脈衝信號發生器產生一定頻率及幅值的周期性脈衝信號；
[0022](2)採用材料為錳鋅鐵氧體的磁芯作為激勵探頭的骨架，並在其上繞制一定匝數的線圈作為激勵線圈，二者組成激勵探頭，同時在磁芯的缺口處設置用於提取工件畸變信號的檢測線圈；
[0023](3)將步驟(I)產生的脈衝信號，經過功率放大器加載到步驟(2)中的激勵探頭，根據交流電的集膚效應，用於在工件亞表面及深層處感應出交變的脈衝磁場；
[0024](4)利用步驟(2)中檢測探頭提取工件表面X和Z方向的畸變信號，然後輸入信號調理電路進行信號濾波和消噪，再經數據採集卡採集到計算機進行信號處理和顯示；
[0025](5)根據計算機採集的缺陷特徵信號，利用瞬態信號分析方法，提取檢測探頭在工件表面每個位置的BX和BZ感應電壓信號分布的峰值，繪製出沿測試路徑方向的BX和BZ的峰值波形曲線，實現對工件亞表面及深層缺陷的智能識別和量化，所述步驟(2)的檢測探頭主要由正交的BX檢測線圈和BZ檢測線圈組成，分別用於提取感應電壓信號在X和Z方向的畸變值。
【權利要求】
1.一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置，其特徵在於:包括激勵線圈、磁芯、檢測線圈、信號調節器、A/D採集卡、計算機、電源、脈衝信號激勵器和功率放大器，所述檢測線圈位於所述磁芯中部的下方並貼近工件的工件缺陷處，所述檢測線圈的信號輸出端依次通過所述信號調節器和所述A/D採集卡與所述計算機連接，所述電源同時與所述信號調節器和所述脈衝信號激勵器連接，所述脈衝信號激勵器的信號輸出端通過所述功率放大器與所述激勵線圈連接，所述激勵線圈位於所述磁芯的中段。
2.根據權利要求1所述的基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測裝置，其特徵在於:所述信號調節器由前置放大器AD620和巴特沃斯濾波器組成，A/D採集卡為一種基於USB總線的數據採集卡。
3.一種基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)脈衝信號發生器產生一定頻率及幅值的周期性脈衝信號； (2)採用材料為錳鋅鐵氧體的磁芯作為激勵探頭的骨架，並在其上繞制一定匝數的線圈作為激勵線圈，二者組成激勵探頭，同時在磁芯的缺口處設置用於提取工件畸變信號的檢測線圈； (3)將步驟(I)產生的脈衝信號，經過功率放大器加載到步驟(2)中的激勵探頭，根據交流電的集膚效應，用於在工件亞表面及深層處感應出交變的脈衝磁場； (4)利用步驟(2)中檢測探頭提取工件表面X和Z方向的畸變信號，然後輸入信號調理電路進行信號濾波和消噪，再經數據採集卡採集到計算機進行信號處理和顯示； (5)根據計算機採集的缺陷特徵信號，利用瞬態信號分析方法，提取檢測探頭在工件表面每個位置的BX和BZ感應電壓信號分布的峰值，繪製出沿測試路徑方向的BX和BZ的峰值波形曲線，實現對工件亞表面及深層缺陷的智能識別和量化。
4.根據權利要求3所述的基於交流電磁場的亞表面缺陷檢測方法，其特徵在於:步驟(2)所述的檢測探頭主要由正交的BX檢測線圈和BZ檢測線圈組成，分別用於提取感應電壓信號在X和Z方向的畸變值。
【文檔編號】G01N27/82GK104049031SQ201410261624
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】李偉, 陳國明, 張傳榮, 劉濤 申請人:中國石油大學(華東)