一種具有磁罩的漏磁檢測儀的製作方法

2023-12-02 19:57:21 1

一種具有磁罩的漏磁檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明適用於磁探傷領域，提供一種具有磁罩的漏磁檢測儀，包括勵磁單元、設置在所述勵磁單元內部的磁敏元件，在所述磁敏元件正上方還設有帽形磁罩，所述磁罩由高磁導率的軟磁材料製成。本發明所述磁罩，可以屏蔽勵磁單元的雜散磁場、降低巴克豪森噪聲、增大缺陷的特徵漏磁磁場，包括平行方向和垂直方向的缺陷特徵漏磁磁場，並可對缺陷的尺寸進行篩選和歸類。配套使用高靈敏磁敏元件或者磁敏陣列，可以提高現有的漏磁檢測水平和檢測速度，特別適用於高鐵地鐵鐵軌、管道、板材、輪船、儲罐以及大型裝備等的檢測。
【專利說明】一種具有磁罩的漏磁檢測儀

【技術領域】
[0001]本發明屬於磁探傷【技術領域】，尤其涉及一種具有磁罩的漏磁檢測儀，特別適用於高鐵地鐵鐵軌、管道、板材、輪船、儲罐以及大型裝備等的在線無損檢測。

【背景技術】
[0002]現有的鐵軌損傷檢測，包括高鐵鐵軌、地鐵鐵軌的損傷檢測，主要採用超聲波檢測技術。這個技術的原理在於利用超聲波在缺陷表面的反射，通過反射時間以及聲速等可以間接推算缺陷的位置，通過反射波形可以間接推測缺陷大小。這種技術的不足之處在於對微小缺陷的不靈敏，以及對缺陷大小、形狀和位置的間接測量。
[0003]漏磁檢測技術，作為一種新興的無損檢測技術，得到越來越多的應用。其基本原理，在於通過探測待測樣品中的缺陷的磁導率不均勻引起的漏磁磁場，從而直接得到缺陷的大小以及位置信息。因為磁場是一種非侵入非破壞手段，所以，漏磁檢測是一種無損檢測。同時，漏磁檢測可用於在役檢測。其中，一個現有的成熟應用是石油、天然氣管道的在役無損檢測。但是，對於鐵軌無損檢測方面的應用研究，目前還是比較缺乏。
[0004]一般的漏磁檢測儀器，使用的勵磁單元為永磁鐵或電磁鐵。無論哪一種磁鐵，其雜散磁場(stray field)所引起的磁敏元件的噪聲都是一個不容忽視的問題。對於小缺陷，特別是在樣品深處的小缺陷，其特徵漏磁磁場在很小的範圍，一般在0.0OlT左右。這麼小的特性漏磁，很容易被雜散磁場所掩蓋。另外一個噪聲來源於勵磁單元，以及被磁化中的待測樣品的巴克豪森效應(Barkhausen effect)。在實際中，這種效應對磁敏元件產生另外一個無規則的磁場噪聲影響。這兩種噪聲，特別不利於對待測樣品中的微小缺陷的檢測。降低這兩種噪聲，提高磁敏元件的輸出信號的信噪比，有利於漏磁檢測的推廣使用。
[0005]現有技術中，可以通過增大待測樣品中的缺陷特徵漏磁信號來提高缺陷檢測水平。待測樣品在勵磁單元的磁化作用下，接近飽和磁化，在沒有外加器件的情況下，此時漏磁已經達到最大化。同時在待測樣品的外側，放置一個平板形軟磁材料來吸引漏磁，則軟磁材料會對漏磁產生一個吸引作用，這個吸引作用增大缺陷引起的漏磁。但是目前這種技術方案沒有考慮到耗散磁場的屏蔽要求。同時還存在一個問題，由於大塊平板形軟磁材料的吸引作用，漏磁在沿待測樣品表面垂直路徑會增大，但是，在沿待測樣品表面平行路徑，卻有待進一步提聞。


【發明內容】

[0006]鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種具有磁罩的漏磁檢測儀，旨在解決採用平板形軟磁材料來吸引漏磁以增大漏磁信號效果不佳的技術問題。
[0007]本發明採用如下技術方案:
[0008]一種具有磁罩的漏磁檢測儀，包括勵磁單元、設置在所述勵磁單元內部的磁敏元件，在所述磁敏元件正上方還設有帽形磁罩，所述磁罩由高磁導率的軟磁材料製成。
[0009]進一步的，所述磁罩由高磁導率的坡莫合金製成。
[0010]進一步的，所述磁罩包括罩沿、罩頂以及連接所述罩沿罩頂的罩壁，所述罩沿與待測樣品間具有一定的氣隙距離。
[0011]進一步的，所述罩沿、罩壁、罩頂一體成型，且各部件連接部分圓滑過渡。
[0012]進一步的，所述漏磁檢測儀還包括用於固定所述磁罩的安裝支架，所述安裝支架由非磁材料製成。
[0013]進一步的，所述磁罩正上方還安裝有振動源，所述振動源用於帶動磁帽上下周期性振動。
[0014]進一步的,所述磁敏元件為單個元件,或者為多個元件組成的磁敏陣列。
[0015]本發明的有益效果是:本發明通過在磁敏元件頂部設置帽形磁罩，利用磁罩的屏蔽作用，沿平行路徑和垂直路徑，樣品缺陷的特徵漏磁場都得以增大，利用多個磁敏元件組成磁敏陣列，通過判斷漏磁磁場的平行和垂直分量的大小以及梯度，可以快速確定缺陷的位置、大小以及深淺。經驗證，通過設置帽形磁罩，首先，可以降低勵磁單元(包括永磁鐵或者電磁鐵)的雜散磁場，減少對磁敏元件的電磁幹擾；其次，可以壓制勵磁單元以及待測樣品中的巴克豪森效應所引起的信號跳變噪聲；第三，可以增大磁敏元件的信號磁場，特別是沿樣品表面平行路徑的信號磁場。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例提供的具有磁罩的漏磁檢測儀的結構圖；
[0017]圖2是不同氣隙厚度的磁場分布圖；
[0018]圖3是氣隙中的磁場分布圖；
[0019]圖4是沿垂直路徑B的磁場分量曲線圖；
[0020]圖5是沿垂直路徑C的磁場分量曲線圖；
[0021]圖6是沿水平路徑A的磁場分量曲線圖。

【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0023]圖1示出了本發明實施例提供的具有磁罩的漏磁檢測儀的結構，為了便於說明僅不出了與本發明實施例相關的部分。
[0024]本實施例提供的漏磁檢測儀包括勵磁單元1、設置在所述勵磁單元內部的磁敏元件2，在所述磁敏元件2正上方還設有帽形磁罩3，所述磁罩由高磁導率的軟磁材料製成，比如採用坡莫合金製成。所述磁敏元件為單個元件，或者為多個元件組成的磁敏陣列。作為一種具體結構，所述磁罩包括罩沿31、罩頂32以及連接所述罩沿罩頂的罩壁33，所述罩沿與待測樣品4間具有一定的氣隙距離。在實際中，所述罩沿、罩壁、罩頂一體成型製造，進一步提高磁罩整體的導磁能力，且邊角部分圓滑過渡，有利於減少磁場的發散，進一步減小雜散磁場對磁敏元件的幹擾。
[0025]在具體設計磁罩時，有7個關鍵尺寸，分別為罩頂、罩壁、罩沿的寬度和高度，以及罩壁的傾斜角度，可以通過實際數據來優化調整。針對潛在的已知尺寸範圍的缺陷41，可以配套採用上述磁罩的7個關鍵尺寸，特別是罩頂的寬度，達到針對放大的作用。配套使用不同尺寸的磁罩，可以對缺陷進行分類。作為一種關鍵尺寸實例列舉:所述罩頂寬度為10?30毫米；所述罩頂高度為3?9毫米；所述罩沿寬度為4?12毫米；所述罩沿高度為3?9毫米；所述罩壁寬度為3?9毫米；所述罩壁寬度為8?24毫米；所述罩壁角度為60?120度，優選90度。需要說明的是，上述尺寸以及尺寸比例關係為磁罩大小的一種實例列舉，本發明包括但不限於此，上述尺寸大小不對本發明進行限制，其它類似尺寸大小包括在本發明的保護之內。
[0026]勵磁單元會對磁敏元件帶來雜散磁場幹擾，圖1中勵磁單元上的箭頭表示計算中米用的勵磁磁場方向。一方面，雜散磁場對磁敏兀件的信號幹擾，磁敏兀件不能分辨磁場來源，因而產生信號誤判；另一方面，雜散磁場對缺陷特徵漏磁產生壓製作用，使得從缺陷41散發出來的特徵漏磁磁場變小。為了解決此問題，本實施例在磁敏元件頂部設置帽形磁罩，從勵磁單元出來的雜散磁場從磁罩中通過，並返回勵磁單元，沒有影響磁罩下面的磁敏元件，因此，磁罩可以起到一個屏蔽雜散磁場的作用，在磁罩保護下，磁敏元件免受勵磁單元雜散磁場的影響。
[0027]為方便定性說明，定義兩個磁場計算路徑方向:平行路徑和垂直路徑，平行路徑為平行待測樣品表面方向，垂直路徑為垂直待測樣品表面方向，如圖中所示的平行路徑A和垂直路徑B、C。磁罩對沿垂直路徑B和垂直路徑C的缺陷特徵漏磁具有放大作用。在垂直待測樣品表面方向，因為磁敏元件上方的罩頂以及罩沿的軟磁特性，可以吸引從缺陷中出來的垂直方向的漏磁磁場，即從缺陷中散發出來的漏磁磁場得到增大，因此磁罩可以起到放大缺陷特徵漏磁信號的作用。這個現象可以從圖2中看出。使用時，將漏磁檢測儀放在待測樣品表面，並且使得磁罩的罩沿與樣品表面存在一定的氣隙距離。圖2示出了磁場在待測樣品、氣隙以及磁罩中的分布情況。圖2-1到2-6顯示不同的氣隙厚度的影響，其氣隙厚度分別為3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。箭頭表示磁場方向。對比圖2-1和2-6,可以看到，磁罩離待測樣品越近，也就是氣隙越薄，對缺陷漏磁的吸引作用越大。實際使用時，要平衡漏磁和保留在待測樣品中的磁通比例關係。另外，圖3示出了磁罩和待測樣品之間氣隙的漏磁磁場分布，也就是磁敏元件所測量的漏磁磁場分布。此時，氣隙厚度為5毫米。
[0028]另外，罩壁對於缺陷漏磁磁場平行分量也有類似的放大作用。從圖2和圖3中可以看出，雖然這一放大作用受待測樣品和磁罩間氣隙的影響，但是罩壁實際上起到一個對平行漏磁磁場的聚磁作用。圖4、圖5和圖6顯示了沿不同路徑，特別是沿待測樣品表面平行路徑A，磁場X分量以及Y分量的變化。從中可以看出，在3種不同的氣隙厚度(3mm、5mm、8mm)的情況下，X分量都有明顯的信號變化。磁罩的這种放大缺陷特徵漏磁信號的作用，有助於磁敏元件對微小缺陷，以及樣品深處的缺陷的高靈敏度檢測。圖4示出了沿垂直路徑B的磁場分量。X表不平行待測樣品表面方向的磁場分量大小，Y表不垂直方向的磁場分量大小。縱坐標為磁場大小，單位為特斯拉，橫坐標為離待測樣品的垂直距離，單位為米。圖5不出了沿垂直路徑C的磁場分量。X表不平行方向的磁場分量大小，Y表不垂直方向的磁場分量大小。縱坐標為磁場大小，單位為特斯拉，橫坐標為離待測樣品的垂直距離，單位為米。圖6示出了沿平行路徑A的磁場分量。X表示平行方向的磁場分量大小，Y表示垂直方向的磁場分量大小，flux表示總的磁場大小。縱坐標為磁場大小，單位為特斯拉，橫坐標為離平行路徑起點的水平距離，單位為米。
[0029]因此，根據上述分析以及結合附圖可知，由於磁罩的屏蔽作用，沿平行路徑A和垂直路徑B、C，缺陷的特徵漏磁磁場都得到增大。利用多個(例如4個)磁敏元件組成的磁敏陣列，通過判斷漏磁磁場的平行和垂直分量的大小以及梯度，可以快速的確定缺陷的位置、大小以及深淺。
[0030]進一步作為一種優選實施方式，所述漏磁檢測儀還包括用於固定所述磁罩的安裝支架(圖中未示出)，所述安裝支架由非磁材料製成，如採用銅來製造。在實際測量中，還可以給磁罩一個上下周期振幅，即使得氣隙厚度周期性變化，形成對漏磁的不同的放大作用，這种放大作用可用於判斷缺陷的深度、大小信息。為此，優選的，在所述磁罩正上方還安裝有振動源(圖中未示出)，所述振動源用於帶動磁帽上下周期性振動。振動源安裝在磁罩上面，可有效避免振動源的電磁幹擾。
[0031]綜上，採用本發明所述磁罩，可以明顯屏蔽勵磁單元的雜散磁場、降低巴克豪森噪聲、增大缺陷的平行和垂直特徵漏磁磁場、以及對缺陷尺寸的選擇作用。配套使用高靈敏磁敏元件或者磁敏陣列，可以提高現有的漏磁檢測水平和檢測速度，特別適用於高鐵地鐵鐵軌、管道、板材、輪船、儲罐以及大型裝備等的檢測，最終取代超聲波檢測技術。
[0032]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有磁罩的漏磁檢測儀，包括勵磁單元、設置在所述勵磁單元內部的磁敏元件，其特徵在於，在所述磁敏元件正上方還設有帽形磁罩，所述磁罩由高磁導率的軟磁材料製成。
2.如權利要求1所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述磁罩由高磁導率的坡莫合金製成。
3.如權利要求2所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述磁罩包括罩沿、罩頂以及連接所述罩沿和罩頂的罩壁，所述罩沿與待測樣品間具有一定的氣隙距離。
4.如權利要求3所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述罩沿、罩壁和罩頂一體成型，且各部件連接部分圓滑過渡。
5.如權利要求4所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述漏磁檢測儀還包括用於固定所述磁罩的安裝支架，所述安裝支架由非磁材料製成。
6.如權利要求5所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述磁罩正上方還安裝有振動源，所述振動源用於帶動磁帽上下周期性振動。
7.如權利要求1-6任一項所述具有磁罩的漏磁檢測儀，其特徵在於，所述磁敏元件為單個元件,或者為多個元件組成的磁敏陣列。
【文檔編號】G01N27/82GK104502442SQ201410431304
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】盧永雄, 劉潤浥, 吳路明 申請人:西紅柿科技（武漢）有限公司