专利名称：一种基于平面电磁传感器的板材损伤探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电磁检测技术中电磁层析成像领域，具体涉及一种基于新型电磁探伤成像传感器的板材损伤探测装置及方法。
背景技术：
随着现代工业迅猛发展，工业现场使用金属材质构件的场合越来越多，但由于金属构件加工工艺中造成的金属表面或内部存在的微伤害即影响不大的裂纹等因素，使得在实际工业现场中，外界因素(如腐蚀，强力等)的不断侵袭使得这些原本并不显著的微伤害会出现融合等现象 ，使得伤害加剧，最终往往会造成更加严重的后果。因此需要对工业现场使用的金属构件进行检测工作，以便及时更新使用构件或结构，避免造成工业事故。目前使用的电磁探伤传感结构大多为单一激励单一采集，在使用过程中采样数据过于单一，往往无法全面的对缺陷参数进行有效合理的评定；即使有些传感系统采用多激励多采集模式，但由于传感结构自身的特点，使得采集信号过于微弱，造成了系统整体灵敏度不高的设计缺陷。除此之外由于工业现场使用的金属固件的微结构、导电率、导磁率等因素的干扰，往往会造成对检测结果的误判，使得测试结果不准确。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种灵敏度高、可实现低功耗、低成本、快速实时检测、不停机检测的板材损伤探测装置及方法。为了实现以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种基于平面电磁传感器的板材损伤探测装置，包括电磁探伤成像传感器、功率放大电路、信号调理电路、A/D及D/A转换电路、作为控制中心的FPGA控制芯片和上位机，其特征在于，所述的电磁探伤成像传感器，是由均匀分布的6个具有差动结构的铁芯传感器组成，6组传感器正好围成一平面的正六边形探测区域，每组传感器包括与所围成的平面相互垂直并同轴的一个激励线圈和一个检测线圈，激励线圈位于中间，检测线圈分成匝数相同、绕制方向相反、分别位于激励线圈两侧的两个差动部分，具有消除共模干扰的作用；FPGA控制芯片发送的激励信号经过DA转换和功率放大后加载在电磁探伤成像传感器的某一组传感器的激励线圈上，选取其他5组中的一组传感器的检测线圈的感应信号进行检测，感应信号经过信号调理和AD转换后被送入FPGA控制芯片；FPGA控制芯片将采样数据传输至上位机，由上位机根据每轮采样数据，实现板材的损伤探测。本实用新型可以对被测金属构件进行有效的信息采集，通过铁芯连接的六个传感器很好的克服了传统平面成像传感器因激励磁场分散性较大、强弱不均而致使剩余检测线圈检测信号较微弱且结果非线性较强的特点。通过依次变换激励和检测传感器组，可以使得每组采集信号在反映相应位置板材损伤上，具有针对性强、检测数据更加准确、充实。此传感结构的实用新型实现了低功耗低成本、灵敏度高、快速实时检测、不停机检测等优点。
图1为本实用新型的基于电磁探伤成像传感器的板材损伤探测装置的系统框图；图2为本实用新型的基于新型电磁探伤成像传感器的板材损伤探测装置的传感器结构图，(a)为传感器侧面图；(b)为俯视图。图3为本实用新型一种基于新型电磁探伤成像传感器的板材损伤探测装置的差分绕线方式。左侧的引线为检测线圈的引线，右侧的引线为激励线圈的引线。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。本实用新型提出的电磁探伤成像传感器系统用于金属构件或板材损伤检测领域，可以有效地对被测金属构件的电磁参数信息及状态进行判别，同时参数获取量的增加可以为检测系统成像提供更多的、完整的测试信息。探伤成像系统结构(如图1所示)主要包括:新型的电磁探伤成像传感器1、信号调理电路2、A/D转换电路3、D/A转换电路4、作为控制中心的FPGA芯片5和上位机六部分。电磁探伤成像传感器(I)是由均匀分布的6个具有差动结构的铁芯传感器组成(如图2所示)，6组传感器正好围成一平面的正六边形探测区域，区域大小可根据被测对象调整。传感器的绕线方法如图3所示:激励线圈位于中间，检测线圈由同一根导线绕制而成，分成两个部分，两个部分分别位于激励线圈两侧，两者匝数相同但且绕制方向相反，由此实现物理上的差动效果，消除了空场信号波动的影响。
·[0017]信号调理电路⑵实现原始激励信号的驱动放大和滤波，以驱动激励线圈。同时，对差动检测线圈上的感应信号进行预处理，提高其传输过程的信噪比。由AD9754芯片实现数字正弦信号进行D/A转换，转换后的信号经过信号调理电路加载到激励线圈上。检测线圈得到耦合信号，经过调理电路预处理后返回至FPGA主板电路的A/D转换输入端，由AD9240进行采样和A/D转换，并将转化结果传向FPGA芯片。作为控制中心的FPGA芯片4是整个系统的核心部分:首先，为探伤传感器阵列提供原始正弦激励信号；其次，对系统中探伤传感器阵列的切换进行时序逻辑控制；再次，采集并处理检测数据,完成数据的传输。反投影成像算法(LBP)在上位机中通过VC++程序实现图像重建。传感器、信号调理电路、A/D及D/A转换电路提供的原始测量信号是图像重建的原始数据。原始数据经过正交序列解调可提取得到激励线圈和检测线圈的互感值。互感值的虚部可用于反投影算法的重建过程。本实用新型提供的检测方法，包含以下步骤:(I)将被测金属构件或板材置于传感结构之下，使传感结构垂直于被测金属构件或板材之上，每次成像需要C〗 =15组采样数据。每组数据对应6组传感器中的两组传感器。每次测量时，选取其中一组传感器的激励线圈，对其施加特定幅值、特定频率、特定相位的激励信号，选取另一组传感器的检测线圈作为感应线圈，将其采样的电压信号送至后续电路中进行信号调理。每组测量数据依次对应两组传感器的感应值
υ2-3.> U2-4> U2-5、U2-6 > U3_4、U3_5、U3_6、U4_5、U4_6、U5_go(2)每完成一轮15组的传感器测量数据后，调理电路会对感应信号进行预处理并在A/D转换之后送到FPGA中，FPGA将采集的数据打包上传至上位机处理和存储。(3)上位机通过对比分析全局采样数据，采用反投影图像重建算法对采样数据进行反推算处理，实现被测区域的图像重建，从而实现对被测金属构件或板材的损伤探测。本实用新型所提供的基于新型电磁探伤成像传感器的板材损伤探测装置及方法具有检测信息量大、灵敏度高、非接触、非侵入、不停机检测等优点。本实用新型能够提高金属构件及板材的探测灵敏度，提高工业上金属探测的速度，能够实现金属构件与半残的实时无损检测。在金属无损检测领域，尤其是大型工业机械的在线状态监测、钢铁生产过程中的产品质量检测等方面有着较高的应用价值。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。·
权利要求1.一种基于平面电磁传感器的板材损伤探测装置，包括电磁探伤成像传感器、功率放大电路、信号调理电路、A/D及D/A转换电路、作为控制中心的FPGA控制芯片和上位机，其特征在于， 所述的电磁探伤成像传感器，是由均匀分布的6个具有差动结构的铁芯传感器组成，6组传感器正好围成一平面的正六边形探测区域， 每组传感器包括与所围成的平面相互垂直并同轴的一个激励线圈和一个检测线圈，激励线圈位于中间，检测线圈分成匝数相同、绕制方向相反、分别位于激励线圈两侧的两个差动部分； FPGA控制芯片发送的激励信号经过DA转换和功率放大后加载在电磁探伤成像传感器的某一组传感器的激励线圈上，选取其他5组中的一组传感器的检测线圈的感应信号进行检测，感应信号经过信号调理和AD转换后被送入FPGA控制芯片；FPGA控制芯片将采样数据传输至上位机，由上位·机根据每轮采样数据,实现板材的损伤探测。
专利摘要本实用新型属于电磁检测技术中电磁层析成像领域，涉及一种基于平面电磁传感器的板材损伤探测装置，包括电磁探伤成像传感器、A/D及D/A转换电路、FPGA控制芯片和上位机，电磁探伤成像传感器由均匀分布的6个具有差动结构的铁芯传感器组成，6组传感器正好围成一平面的正六边形探测区域，每组传感器包括激励线圈和检测线圈；采用交叉采样方式，采集6级传感器，并由FPGA控制芯片将采样数据传输至上位机，由上位机根据每轮采样数据，实现对被测板材的损伤探测。本实用新型具有简单快速、灵敏度高且成本较低的优点。
文档编号G01N27/82GK203148891SQ20132008965
公开日2013年8月21日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者李安阳, 徐凯, 尹武良, 王奔 申请人:常州兆能电子科技有限公司