一种基于交流电磁场检测的u型检测探头及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于交流电磁场检测的U型检测探头及检测方法，属于检测设备技术领域。
【背景技术】
[0002]在石油化工、航空航天等领域的大型装备，由于其特殊的工作环境，一旦发生损坏将会造成严重的后果，而裂纹往往是造成设备损坏的诱因。因此，必须对这些设备上的裂纹进行定期或不定期的检测。常用的裂纹检测技术有超声、磁粉、射线、磁记忆、漏磁等，但是这些检测方法检测前都要求清理金属表面的保护涂层或只能接受很薄的涂层厚度，检测成本闻。
[0003]交流电磁场检测即ACFM，是一种新兴的无损检测技术，主要用于检测导电金属结构件表面裂纹，特别适用于被检工件表面有保护涂层的情况，无须去除表面保护涂层，即可进行裂纹检测，主要应用于海洋平台、部分航空航天和石油化工设备的焊缝检测。其主要原理为:由激励源在待测工件表面一定区域内感应出均匀的交变电流，当待测部位没有缺陷时，工件表面附近的空间感应磁场分布均勻；若有缺陷存在，由于缺陷本身的电磁性质与工件不同，使得感应电流从缺陷周围绕过，从而引起表面感应磁场扰动。通过采集缺陷上方扰动磁场的信息并进行分析处理，可以反演出缺陷的形状、尺寸等参数。
[0004]目前有些电磁检测方法的设备与ACFM设备外观相似，比如交变漏磁检测法和脉冲漏磁检测法，但其检测原理和ACFM有着本质区别。
[0005]漏磁检测法利用的磁场是设备本身激发的磁场，而交流电磁场检测法利用的磁场是设备在工件表面产生的感应电流激发的磁场。因为这一本质区别，导致了差异。
[0006]首先，漏磁检测法的磁场可以通过多种手段实现磁场激励，利用永久磁铁、直流电磁铁、交流电磁铁都可以达到这一目的，通常交流电磁铁的激励频率从数十赫兹至数千赫兹不等，方波、正弦波等均有使用。而ACFM则只能利用高频正弦交流电，在工件表面感应出持续的、稳定分布的感应电流，一般ACFM中应用的正弦交流电的激励信号频率通常不低于5千赫兹，如果激励信号频率太低会严重影响到检测结果。
[0007]其次，漏磁法检测裂纹，由于检测的目标磁场不同，被检裂纹的走向必然是与激励磁场垂直或接近垂直的，而本发明检测的裂纹走向是与激励磁场平行或接近平行的。由于ACFM检测的磁场分量与裂纹长度、深度呈现较高的线性关系，可以比较容易的实现裂纹在长度、深度方向上的反演，容易对缺陷进行评价；而漏磁检测要实现裂纹反演需要建立复杂的数学模型，应用比较困难。
[0008]由于激励信号及被检测目标磁场的不同，漏磁检测不适用于表面覆盖有涂层的金属材料，而本发明所涉及的U型检测探头针对的就是覆盖有涂层的金属材料的裂纹检测。
[0009]目前的ACFM检测探头，多采用矩形空心线圈进行磁场激励，磁感应线圈进行磁场检测，这种方式有以下不足:矩形空心线圈对磁场的约束效果不是非常理想，在同样规格、相同的激励条件下，空心线圈在待检测金属表面形成的感应电流远小于本发明所述的U型激励源，产生的扰动磁场也更小，不利于检测缺陷产生的磁场变化；检测磁场用磁感应线圈本身尺寸偏大，在之间，导致检测探头空间分辨率低，难以满足检测微小裂纹的要求。目前的ACFM设备对小、微裂纹检测的检测灵敏度和空间分辨率均有待提高。本发明采用U型激励源、应用基于隧道型巨磁电阻效应(TMR)技术的检测芯片，能提供一种对小、微裂纹检测灵敏度更高、空间分辨率更佳的ACFM探头。
【发明内容】
[0010]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于交流电磁场检测的U型检测探头及检测方法。
[0011]一种基于交流电磁场检测的U型检测探头，由U型激励源和磁场检测探头两部分构成，
[0012]其中U型激励源由载流线圈在单个U型铁氧体磁芯上均匀绕制而成，U型激励源在工件表面感应出均匀的感应电流，当存在裂纹时，感应电流沿着裂纹底部及边缘流动，产生扰动磁场；磁场检测探头由隧道型巨磁电阻效应(TMR)磁敏元件构成，能检测该扰动磁场，确定被检裂纹尺寸及裂纹走向；
[0013]U型激励源工作时，向载流线圈中施加的正弦交流电频率为5kHz?50kHz，用于在U型磁芯两腿间的工件表面激发出均匀的感应电流；
[0014]磁场检测探头的检测元件是由基于隧道型巨磁电阻效应(TMR)的一组或多组磁敏元件封装而成，每一个磁敏元件组由两片磁敏元件安装在基板上构成，探头中封装的磁敏元件组的数目根据待检测区域的尺寸和检测灵敏度的需要调整，每一组磁敏元件由第一磁敏元件、第二磁敏元件安装在基板组成，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封装在基板的同一平面上，第一磁敏元件、第二磁敏元件独立检测互相垂直两个方向的感应磁场；磁敏元件组阵列布置；探头中封装的磁敏元件组的数量根据待检测区域的尺寸和检测灵敏度的需要调整。
[0015]采用dip8封装，将多组磁敏元件封装在一起。
[0016]一种基于交流电磁场检测的检测方法，在U型激励源的载流线圈上施加频率为5kHz?50kHz的交流激励电流，当被检工件表面无缺陷时，激励电流将在U型激励源两腿间的表面激励出匀强感应电流；当被检工件表面存在缺陷时，由于工件中(导体)的电导率远大于空气中(绝缘体)的电导率，导致感应电流绕着缺陷底部及两端经过，在被检工件表面附近的空间中产生磁场扰动；磁场检测探头中的磁敏元件通过隧道型巨磁电阻效应(TMR)检测出磁场变化并将磁场变化转换为电压输出，即可检出缺陷并实现缺陷长度、深度方向的尺寸反演。
[0017]本发明的有益效果是:1、检测金属裂纹时无需清理表面涂层。2、可以对非铁磁性金属表面的裂纹类缺陷进行有效检测。3、检测数据与缺陷长度、深度方向的尺寸有较理想的线性关系，更容易实现缺陷反演。4、磁场检测灵敏度高，达到2mV/V/G ;5、体积小，传感器核心部分面积0.89平方毫米，厚度约为0.03毫米；6、磁场检测灵敏度和空间分辨率高，最小检出裂纹长度约2mm。
【附图说明】
[0018]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中:
[0019]图1是基于交流电磁场检测(ACFM)的U型检测探头的结构示意图。
[0020]图2是磁场检测探头内部结构图。
[0021]下面结合附图