渦流檢測探頭的製作方法

2023-04-28 18:53:51 5

專利名稱：渦流檢測探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁無損檢測領域中的一種渦流檢測探頭，特別涉及一种放置式探頭。
背景技術：
在電磁渦流無損探傷領域，傳統的放置式渦流檢測探頭對工件表面的缺陷檢測靈敏度很高，但對表面下埋藏較深的缺陷靈敏度較低。而且，提離效應非常明顯。如果能夠適當地只降低工件表面缺陷的檢測靈敏度，相對來說就是增加了對內部缺陷的檢測靈敏度。 在工件厚度測量或材料性質鑑定應用時，也希望渦流探測深度儘量大。為此，本發明人從激勵線圈所產生的磁場分布入手，改進激勵線圈結構，發明了本渦流檢測探頭。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中渦流探測深度淺，提離效應太顯著等不足，提供一種探測深度大的渦流檢測探頭。本發明是通過以下技術方案實現的所述探頭包含檢測傳感器和激勵線圈，與傳統探頭不同的是，所述激勵線圈是由兩個同軸線圈繞組反相串聯組合而成，其中一個繞組的匝數少於另一個繞組的匝數，保證在檢測時少匝數的繞組比多匝數的繞組更靠近被測工件，線圈的軸線沿被測工件表面的法線方向。檢測傳感器位於軸線上少匝數的繞組的一端， 用於檢測渦流產生的磁場。安裝的位置及激勵線圈各繞組的匝數應滿足當探頭遠離被測工件，激勵線圈中通激勵電流時檢測傳感器無信號輸出。遠離被測工件的目的是使工件中無渦流。一般情況下，激勵線圈的兩個繞組是繞在同一個線圈架上，位置相對規定。檢測傳感器也固定在探頭上靠近被檢測工件的一端。由於兩個位置相對固定的激勵線圈繞組很難滿足當探頭遠離被測工件，激勵線圈中通激勵電流時檢測傳感器無信號輸出的條件。必須採取適當措施，便於調整使最終的探頭滿足上述條件。方法一就是讓激勵線圈再增加補償線圈繞組，該補償繞組與激勵線圈的其他兩個繞組同相或反相串聯連接。該補償線圈繞組位於多匝數繞組的遠離少匝數繞組的一端外面，且可以沿軸線方向移動位置然後固定，用於微調確保當探頭遠離被測工件，激勵線圈中通激勵電流時檢測傳感器無信號輸出。方法二就是不增加補償繞組，但是在激勵線圈內部增加一個帶螺紋的可旋轉調整位置的磁芯或金屬芯。磁芯或金屬芯位於多匝數的繞組的內部，通過旋轉可以沿軸線方向移動位置然後固定，用於微調確保當探頭遠離被測工件，激勵線圈中通激勵電流時檢測傳感器無信號輸出。磁芯一般比較小，儘量在遠離被測工件的一端。同傳統探頭一樣，所述檢測傳感器可採用一個與激勵線圈同軸的線圈繞組。為製作方便，這時所有線圈可共用同一個線圈架，其中作為檢測傳感器的檢測線圈繞組最靠近被測工件表面，其次是少匝數的激勵線圈繞組，再其次是多匝數的激勵線圈繞組。若有補償線圈繞組，離工件表面最遠的是補償線圈繞組。
所述檢測傳感器也可採用霍爾元件。尤其是採用砷化鎵霍爾元件，具有靈敏度高和體積小的優點。目前很多探頭的檢測傳感器與激勵線圈為同一個元件，即激勵線圈具有激勵和檢測兩種功能。這種探頭中激勵線圈的各個繞組的匝數應滿足當探頭遠離被測工件，激勵線圈中通激勵電流時，少匝數的繞組的端面外相當於原來被測工件的表面位置的平均激勵磁場強度為零，或者在少匝數激勵線圈的端面與被測工件表面之間的某個平面位置的平均激勵磁場強度為零。即讓該探頭探測一個非金屬材料(不能產生渦流的材料)的表面，激勵線圈中通激勵電流時，在非金屬表面或表面上方少許的平面所產生的平均激勵磁場強度為零。本發明的各種探頭同傳統探頭一樣，也可被裝入一個外殼中。無論外殼是什麼材料，都應保證最終的探頭滿足上述要求的條件。如果探頭也包含磁芯，同理最終的探頭也應滿足上述對應條件。上述條件還是指當檢測傳感器和激勵線圈不是同一個元件時，應滿足探頭遠離金屬工件，激勵線圈中通激勵電流時，檢測傳感器無信號輸出。當檢測傳感器和激勵線圈是同一個元件時，應當滿足讓該探頭探測一個非金屬材料(不能產生渦流的材料) 的表面，激勵線圈中通激勵電流時，在非金屬表面或表面上方少許的平面所產生的平均激勵磁場強度為零。為了滿足上述條件，激勵線圈的少匝數繞組必然比多匝數的繞組更靠近被測工件的表面。本發明的探頭在使用時，激勵線圈在工件表面所激勵的磁場比在工件內部不太深的地方所激勵的磁場弱。即激勵線圈在工件內所激勵的渦流密度，在某一定深度範圍內，從工件表面向內部反而是逐漸增加的。因此，可提高工件內部的探測靈敏度。假設工件在下面，探頭在上方，則探頭中檢測傳感器在最下端，其次是激勵線圈的少匝數的繞組，激勵線圈多匝數繞組在上端。激勵線圈的兩個繞組在軸線上同一點產生的磁場方向相反，在檢測傳感器所在位置產生的激勵磁場強度互相抵消，即總磁場強度平均值為零；在檢測傳感器偏上方少許位置，總激勵磁場的方向與少匝數線圈產生的激勵磁場方向相同；在檢測傳感器偏下方少許位置，總激勵磁場的方向與多匝數線圈產生的激勵磁場方向相同，且在一定深度範圍內，越向下總激勵磁場強度越大，比工件表面的激勵磁場強度大。但是，超過一定深度後，再向下的位置，總激勵磁場強度越來越弱。當把探頭向上提離時，激勵線圈所產生的激勵磁場分布總體也向上移動，使工件表面位置的激勵磁場增強， 減弱了提離效應的影響。本發明與現有技術相比有如下的積極效果增加渦流探測的深度，同時可減弱提離效應。用於探傷時可增加工件深度位置的檢測靈敏度；用於工件厚度測量或材料性質鑑定時，能測量的厚度大，或由於探測深度大而能更加真實地反映材料內部性質。


圖1是一種由檢測線圈和激勵線圈各種繞組組成的探頭原理示意圖；圖2是一種由檢測線圈作檢測傳感器和用磁芯或金屬芯微調的探頭結構示意圖；圖3是一種由霍爾元件作檢測傳感器和用磁芯或金屬芯微調的探頭結構示意圖；圖4是一種激勵線圈兼作檢測線圈的探頭原理示意圖。上述各圖中激勵線圈1，其中可包含少匝數的繞組11，多匝數的繞組12，補償繞組13，磁芯或金屬芯14 ；檢測傳感器2 ；線圈架3 ；工件5。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作詳細描述。實施例一一種由檢測線圈和激勵線圈各種繞組組成的探頭圖1是本實施例原理示意圖。圖中，激勵線圈1是由繞組11、12和13組成的，少匝數的繞組11與多匝數的繞組12反相串聯連接，補償繞組13與繞組12同相串聯連接。檢測線圈繞組2作為檢測傳感器與激勵線圈同軸，且距離被測工件5最近。所有線圈繞組共用一個線圈架3，除了繞組13可以沿軸向移動外，其餘繞組位置均固定。所有線圈繞組的外直徑相等，當都採用同樣直徑的漆包線繞制時，3個繞組即繞組11、繞組13和繞組2匝數近似相等，繞組12的匝數等於繞組11的匝數的4倍左右。實際上應經過反覆試驗尋找最佳的匝數，上述僅為參考數據。試驗就是通過反覆調整繞組匝數，讓最終的探頭滿足下列條件當探頭遠離工件即沒有渦流，激勵線圈1中通激勵電流時，檢測線圈2無任何信號輸出， 這時補償繞組13位於其可移動範圍的中間某個位置。記下各繞組的匝數，以後便可按照該數據批量製作，通過移動繞組13的位置進行微調，繞組13的位置調整好後固定。滿足條件的探頭在進行渦流檢測，當探頭靠近金屬工件表面時，渦流產生的磁場就會在檢測線圈繞組2中激發出感應電動勢，根據此電動勢的大小和相位便能分析出工件內部情況。實施例二 一種由檢測線圈作檢測傳感器和用磁芯或金屬芯微調的探頭圖2是本實施例結構示意圖。與實施例一不同的是去掉了用於微調的補償繞組 13，改用磁芯或金屬芯14進行微調。同一個線圈架上繞有3個繞組，它們分別是激勵線圈的少匝數繞組11，激勵線圈的多匝數繞組12和檢測線圈繞組2，相對位置均固定。採用磁芯或鐵芯14時，能增加繞組12產生的激勵磁場；採用其他金屬如銅芯時，能減弱繞組12產生的激勵磁場。磁芯或金屬芯14有外螺紋，與線圈架3的內螺紋配合，通過旋轉可調整磁芯或金屬芯14沿軸向運動。調整磁芯或金屬芯14的位置相當於實施例一中移動繞組13 的位置。磁芯或金屬芯14 一般位於線圈架3的遠離繞組2的一端。其他過程同實施例一。實施例三一種由霍爾元件作檢測傳感器和用磁芯或金屬芯微調的探頭圖3是本實施例結構示意圖。與實施例二不同的是檢測傳感器2，這裡採用霍爾元件代替前面的檢測線圈繞組。霍爾元件具有體積小、靈敏度高的優點，尤其是採用砷化鎵霍爾元件。霍爾元件2安裝在線圈架3的底端距被測工件最近的位置，位於繞組11的端面或端面外面，同時位於線圈軸線上。即通常霍爾元件2比繞組11更接近被測工件。其他過程與實施例二相同。最終的探頭通過微調磁芯或金屬芯14的位置使滿足 當探頭遠離工件即沒有渦流，激勵線圈1中通激勵電流時，霍爾元件2無任何信號輸出。滿足條件的探頭在進行渦流檢測，當探頭靠近金屬工件表面時，渦流產生的磁場就會使霍爾元件2輸出相應的交流信號，根據此信號的大小和相位便能分析出工件內部情況。實施例四一種激勵線圈兼作檢測線圈的探頭圖4是本實施例原理示意圖。激勵線圈和檢測傳感器為同一個元件，即激勵線圈具有激勵和檢測兩種功能。這種探頭多用於採用阻抗分析法的渦流探傷儀中。本探頭結構與實施例一不同的僅是沒有了檢測線圈繞組2。探頭只有一個線圈1，包含3個繞組少匝數繞組11、多匝數繞組12和補償繞組13。類似實施例一，通過調整各繞組匝數，本探頭最終結構應當滿足讓該探頭探測一個非金屬材料(不能產生渦流的材料)的表面，假設探頭在上方，非金屬材料在下方，激勵線圈中通激勵電流時，在非金屬表面或表面上方少許的平面所產生的平均激勵磁場強度為零。如果在非金屬表面所產生的平均激勵磁場強度為零，則該探頭對金屬工件表面無探測能力，除非在金屬工件表面和探頭之間墊一層均勻厚度的非金屬膜片，即有意提離探頭。如果在非金屬表面上方少許的平面所產生的平均激勵磁場強度為零，則該探頭對金屬工件表面的探測能力弱於對工件近表面的探測能力。這裡所述的平均激勵磁場強度是指激勵線圈通激勵電流時，在所述平面上(如非金屬表面)有效作用範圍內產生的激勵磁場強度矢量和的平均值。顯然，類似實施例二，本實施例中的補償繞組13可以採用磁芯或金屬芯14代替。上述各實施例只是舉例說明，可以根據需要改變，只要最終的探頭滿足上述對應條件就在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種渦流檢測探頭，包含檢測傳感器(2)和激勵線圈(1)，其特徵在於所述激勵線圈⑴是由兩個同軸線圈繞組(11)和(12)反相串聯組合而成，其中一個繞組(11)的匝數少於另一個繞組(12)的匝數，保證在檢測時少匝數的繞組(11)比多匝數的繞組(12)更靠近被測工件，線圈的軸線沿被測工件表面的法線方向；檢測傳感器(2)位於軸線上少匝數的繞組(11)的一端，用於檢測渦流產生的磁場；安裝的位置及激勵線圈繞組(11)和(12) 的匝數滿足當探頭遠離被測工件，激勵線圈(1)中通激勵電流時檢測傳感器( 無信號輸出ο
2.根據權利要求1所述的探頭，其特徵在於所述激勵線圈(1)還包含一個同軸的補償線圈繞組(13)，與繞組(12)同相或反相串聯連接；繞組(13)位於繞組(12)的遠離繞組 (11)的一端外面，且可以沿軸線方向移動位置然後固定，用於微調確保當探頭遠離被測工件，激勵線圈(1)中通激勵電流時檢測傳感器( 無信號輸出。
3.根據權利要求1所述的探頭，其特徵在於所述激勵線圈(1)還包含一個帶螺紋的可旋轉調整位置的磁芯或金屬芯(14)；磁芯或金屬芯(14)位於繞組(12)的內部，通過旋轉可以沿軸線方向移動位置然後固定，用於微調確保當探頭遠離被測工件，激勵線圈(1) 中通激勵電流時檢測傳感器( 無信號輸出。
4.根據權利要求1或2或3所述的探頭，其特徵在於所述檢測傳感器( 是一個與激勵線圈(1)同軸的線圈繞組。
5.根據權利要求1或2或3所述的探頭，其特徵在於所述檢測傳感器( 是霍爾元件。
6.根據權利要求1或2或3所述的探頭，其特徵在於所述檢測傳感器(2)與激勵線圈(1)為同一個元件，即激勵線圈(1)具有激勵和檢測兩種功能；這時滿足當探頭遠離被測工件，激勵線圈(1)中通激勵電流時，繞組(11)的端面外相當於原來被測工件的表面位置或者是被測工件表面與繞組(11)之間的某平面位置的平均激勵磁場強度為零。
全文摘要
本發明公開了一種渦流檢測探頭，該探頭是由檢測傳感器(2)和激勵線圈(1)組成。其中激勵線圈(1)是由兩個同軸線圈繞組(11)和(12)反相串聯組合而成，一個繞組(11)的匝數少於另一個繞組(12)的匝數，使激勵線圈通電後所產生的激勵磁場分布滿足檢測傳感器(2)所在位置的激勵磁場強度為零，即探頭遠離被測工件時檢測傳感器(2)無信號輸出。本探頭能增大探測深度，減弱提離效應的影響。
文檔編號G01N27/90GK102183579SQ20111004092
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者蹇興亮 申請人:南京農業大學