基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及柔性电磁超声探头技术备领域，具体涉及一种基于双线圈结构的柔性 电磁超声检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002] 作为目前最为重要的无损检测方法之一，超声检测被广泛运用在航空航天、能源、 材料等重大装备的安全检测，对提高机械装备的安全可靠性，防止事故发生发挥着重要作 用。但目前常规压电超声检测技术要求探头必须与被测件有很好接触，并需要液态耦合剂。 随着现代工业和科学技术的发展，产品的复杂程度越来越高，生产及服役环境也更为苛刻 (如高温、高压、强腐蚀和辐射等），使得常规超声检测技术的应用受到了很大的限制。此 外，常规超声检测还存在扫描速度慢，不易于实现自动化检测等弱点。因此，电磁超声等非 接触超声检测技术一直是超声检测领域中的一个研宄热点和突破方向。
[0003] 相较于压电超声，电磁超声无损检测方法因非接触性、无需耦合剂、适应性强、检 测速度快等优点在高温、在线无损检测中表现出其独特的优越性但传统电磁超声探头一般 采用永磁体-线圈结构或者电磁体-线圈结构，探头体积较大，对于曲面以及表面复杂、检 测空间狭窄的情况难于使用。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于双线圈结构 的柔性电磁超声检测系统及检测方法，能够对表面复杂和狭窄空间的情况进行定量无损检 测。
[0005] 为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统，包括偏置磁场线圈1、涡流线圈2、短 脉冲大电流源3、长脉冲大电流源4、脉冲延时触发器5、带通滤波器6、前置放大器7、信号采 集设备8和计算机9 ;
[0007] 所述偏置磁场线圈1用于提供偏置磁场；所述涡流线圈2用于激发和接受超声波 信号；所述偏置磁场线圈1和涡流线圈2构成柔性电磁超声探头；
[0008] 所述偏置磁场线圈1的一端与长脉冲大电流源4的一端连接，所述涡流线圈2的 一端与短脉冲电流源3的一端连接，短脉冲电流源3的另一端与脉冲延时触发器5连接， 长脉冲大电流源4的另一端也与脉冲延时触发器5连接；所述涡流线圈2的另一端与带通 滤波器6的输入端连接，进行滤波处理，带通滤波器6的输出端与前置放大器7的输入端连 接，前置放大器7的输出端连接信号采集设备8的一个输入端，信号采集设备8的另一个输 入端连接脉冲延时触发器，信号采集设备8的输出端接入计算机9。
[0009] 所述偏置磁场线圈1和涡流线圈2为饼形线圈。
[0010] 所述偏置磁场线圈1和涡流线圈2相邻放置，偏置磁场线圈1的材料为0. 2~1_ 的漆包线，涡流线圈2的材料为0. 1~0. 2mm的漆包线。 toon] 上述所述基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统检测金属内部缺陷的方法，包 括如下步骤：
[0012] 步骤1 :按照待检测金属试件10表面曲率绕制偏置磁场线圈和涡流线圈，偏置磁 场线圈和涡流线圈的尺寸形状完全相同，均为饼形线圈，在偏置磁场线圈1和涡流线圈2之 间添加锡箔纸16,并将偏置磁场线圈1、涡流线圈2和锡箔纸16固定在一起；最后将偏置磁 场线圈紧贴待检测试件表面放置；
[0013] 步骤2 :长脉冲大电流源4向偏置磁场线圈1通入长脉大冲电流13,使偏置磁场线 圈1在待检测金属试件10表面产生平行于待检测金属试件平面的低频偏置磁场；
[0014] 步骤3 :短脉冲大电流源3向涡流线圈2通入短脉冲大电流15,使涡流线圈2在待 检测金属试件10表面产生涡流；在偏置磁场线圈1产生的平行于待检测金属试件平面的偏 置磁场的作用下，待检测金属试件表面将产生垂直待检测金属试件平面传播的超声纵波；
[0015] 步骤4 :脉冲延时发生器5分别对长脉冲大电流源4和短脉冲大电源3进行不同 的延时触发，以消除频率较高的上升沿的影响，并产生一个合适的激励周期；短脉冲大电流 源3和信号采集设备8的触发时间相同；
[0016] 步骤5 :采用涡流线圈2接收步骤3中产生的超声纵波，并送入带通滤波器6对由 偏置磁场线圈1产生的噪声信号进行过滤；
[0017] 步骤6 :通过前置放大器7中对滤波后的检出电压信号进行放大；
[0018] 步骤7 :通过信号采集设备8中对检出电压信号进行采集，进行模数转换，并送入 计算机9进行分析；
[0019] 步骤8 ::计算机9根据该待检测金属试件对应的纵波传输速度Cp和所采集到检 出电压信号中缺陷信号所对应的回波时间 t，计算出金属件内部缺陷距离待测金属试件10 表面的位置d，
【主权项】
1. 基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统，其特征在于：包括偏置磁场线圈（1)、祸 流线圈（2)、短脉冲大电流源（3)、长脉冲大电流源（4)、脉冲延时触发器巧）、带通滤波器 化）、前置放大器（7)、信号采集设备（8)和计算机巧）； 所述偏置磁场线圈（1)用于提供偏置磁场；所述祸流线圈（2)用于激发和接受超声波 信号；所述偏置磁场线圈（1)和祸流线圈（2)构成柔性电磁超声探头； 所述偏置磁场线圈（1)的一端与长脉冲大电流源（4)的一端连接，所述祸流线圈（2) 的一端与短脉冲电流源（3)的一端连接，短脉冲电流源（3)的另一端与脉冲延时触发器巧） 连接，长脉冲大电流源（4)的另一端也与脉冲延时触发器（5)连接；所述祸流线圈（2)的另 一端与带通滤波器（6)的输入端连接，进行滤波处理，带通滤波器（6)的输出端与前置放大 器（7)的输入端连接，前置放大器（7)的输出端连接信号采集设备（8)的一个输入端，信号 采集设备巧）的另一个输入端连接脉冲延时触发器，信号采集设备巧）的输出端接入计算 机巧）。
2. 根据权利要求1所述的基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统，其特征在于：所 述偏置磁场线圈（1)和祸流线圈（2)相邻放置，偏置磁场线圈（1)的材料为0. 2~1mm的 漆包线，祸流线圈（2)的材料为0. 1~0. 2mm的漆包线。
3. 根据权利要求1所述的基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统，其特征在于：所 述偏置磁场线圈（1)和祸流线圈（2)为饼形线圈。
4. 权利要求1所述基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统检测金属内部缺陷的方 法，其特征在于；包括如下步骤： 步骤1 ;在所述偏置磁场线圈（1)和祸流线圈（2)之间添加锡巧纸（16)，并将偏置磁场 线圈（1)、祸流线圈（2)和锡巧纸（16)粘结在一起，紧贴待检测金属试件（10)表面放置； 步骤2 ;长脉冲大电流源（4)向偏置磁场线圈（1)通入长脉大冲电流（13)，使偏置磁场 线圈（1)在待检测金属试件（10)表面产生平行于待检测金属试件平面的低频偏置磁场； 步骤3 ;短脉冲大电流源（3)向祸流线圈（2)通入短脉冲大电流（15)，使祸流线圈（2) 在待检测金属试件（10)表面产生祸流；在偏置磁场线圈（1)产生的平行于待检测金属试件 平面的偏置磁场的作用下，待检测金属试件表面将产生垂直待检测金属试件平面传播的超 声纵波； 步骤4 ;脉冲延时发生器（5)分别对长脉冲大电流源（4)和短脉冲大电源（3)进行不 同的延时触发，短脉冲大电流源（3)和信号采集设备巧）的触发时间相同； 步骤5 ;采用祸流线圈（2)接收步骤3中产生的超声纵波，并送入带通滤波器（6)对由 偏置磁场线圈（1)产生的噪声信号进行过滤； 步骤6 ;通过前置放大器（7)中对滤波后的检出电压信号进行放大； 步骤7;通过信号采集设备巧）中对检出电压信号进行采集，进行模数转换，并送入计 算机（9)进行分析； 步骤8 ;计算机（9)根据该待检测金属试件对应的纵波传输速度Cp和所采集到检出电 压信号中缺陷信号所对应的回波时间t，计算出金属件内部缺陷距离待测金属试件（10)表 面的位置<1，^=^。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述长脉大冲电流（13)为低频长脉冲大
【专利摘要】基于双线圈结构的柔性电磁超声检测系统及检测方法，该系统包括偏置磁场线圈、涡流线圈、短脉冲大电流源、长脉冲大电流源、脉冲延时触发器、带通滤波器、前置放大器、信号采集设备和计算机；其检测方法为：首先将偏置磁场线圈和涡流线圈置于试件表面，然后利用脉冲延时触发器触发偏置磁场线圈在试件中产生长脉冲磁场，并在磁场峰值附近触发涡流线圈在试件中产生短脉冲涡流，从而完成超声波激励和接收过程；由于采用线圈产生偏置磁场，本发明中的偏置磁场线圈和涡流线圈构成的电磁超声探头具有轻薄、柔性的优点，可广泛用于表面形状复杂的构件及检测空间狭窄工件的无损检测，大幅度扩大超声检测技术的应用范围。
【IPC分类】G01N29-07
【公开号】CN104792875
【申请号】CN201510125620
【发明人】裴翠祥, 肖盼, 陈振茂, 杨桂才
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月20日