专利名称：用于钢管磁饱和的分时电流控制电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢管涡流无损检测装置，尤其涉及一种用于钢管磁饱和的电流控制电源。
背景技术：
对铁磁体材料进行涡流无损检测时，为克服材料磁特性变化对检测形成的干扰， 最有效的方法是先对被检件实施磁饱和。通常，中小口径钢管使用穿过式涡流检测方式及通过式磁饱和线圈，其优点是易实现高速全覆盖磁饱和线圈采用较大口径的空心线圈，通以直流电从而在被检钢管中产生纵向的直流磁场，并要求其产生的磁场工作在磁滞回线的饱和工作区，钢管将以1至6m/s的高速穿过磁饱和线圈，并被饱和磁化。磁饱和工作性能受所检测钢管的钢级、管径、壁厚及钢管检测速度等参数影响较大，在变动的各种参数中能够保持磁化电流的稳定是此类应用在涡流磁饱和系统电源的追求目标。传统的磁化电源一般选用可调压或调流但工作于一固定电压或电流的直流电源。 电源形式根据实际需要可以是简单的整流电源，或是串联型稳压可调电源，可以是模拟也可是开关电源。工作方式如图1所示。在自动实施高速钢管涡流检测时普遍会遇到的问题是磁化电流难以保持稳定。当钢管高速出入磁饱和线圈时，会使线圈电感产生一个瞬间反电势，该反电势对钢管在端部的磁化特性产生非常大的影响，根据楞次定律，反电势总是和实际磁场的变化方向相反。一般来说，被检测钢管的头部所产生的反电势和电源的极性相反从而造成被检测钢管头部处于欠饱和，而钢管尾部又会形成过饱和。处于欠饱和时，由于多种参数的影响，检测的信噪比将会有极大的劣化，从而使涡流检测的误报增加，严重时将无法实施检测。而过饱和的情况则完全相反。深度的磁化使涡流检测对缺陷的反应降低从而有可能造成漏检测，同时，过大的磁饱和电流会使得磁饱和线圈温升过大，影响设备的寿命。通常，如果使用普通的电源，在涡流检测开始前，用户就需要仔细调校磁化电流值使之处于一个比较恰当的值来克服钢管头部反向电势带来的影响同时又不会使钢管体部处于过饱和。但无论如何调整，钢管的头部、尾部及钢管的中段所需要的磁饱和电流是难以取得一致的。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，该电源可以根据所检测钢管的具体规格参数分时施加不同的电流值，从而使钢管反向电势对钢管头尾部的涡流检测所造成的影响大大减小。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，包括磁饱和电源单元、设定电路和分时控制电路单元，设定电路通过电位器，来设定多段分时电流和施加每段电流所需时间，设定电路输出接分时控制电路单元；[0009]所述分时控制电路单元包括单稳态触发电路、时间控制单稳态触发电路和多路转换开关，钢管感应传感器电连接单稳态触发电路，单稳态触发电路电连接时间控制单稳态触发电路，时间控制单稳态触发电路电连接多路转换开关，多路转换开关电连接磁饱和电源单元，磁饱和电源单元电连接磁饱和线圈。所述磁饱和电源单元为开关型电流反馈电源，磁饱和电源单元包括脉冲形成电路和功率驱动电路；所述脉冲形成电路采用脉冲宽度调制器控制不同的电流输出，脉冲宽度调制器型号为UC3525A，通过宽度不同的方波驱动大功率IGBT切换出大电流的交流输出；所述功率驱动电路采用IGBT作为电流输出，交流输入电压经过整流滤波器后变成直流电压，由IGBT构成开关变换器，将直流电压变换成脉冲宽度可调的方波电压，再经输出整流滤波，变成可调直流输出电压加到负载磁饱和线圈上，产生负载电流；同时，输出的负载电流经过输出电流检测，再反馈加到脉冲宽度调制器上，控制驱动脉冲的宽度。本实用新型的分时电流控制电源可以根据所检测钢管的具体规格参数在实施检测中分时施加不同的电流值，从而可使钢管反向电势对钢管头尾部的涡流检测所造成的影响大大减小，克服了现有技术的钢管在自动涡流检测中固有的缺陷，即其头部的欠磁饱和以及其尾部的过磁饱和。本实用新型的分时电流控制电源一般采用二段分时输出电流控制，可根据需要扩展成三段或更多段电流分时控制，根据被检钢管的行进速度采用简单的时间控制来实施不同的电流驱动；若需要更加精确的距离控制，可采用编码器来控制分段长度。并且本实用新型的操作较简单，只需从面板上通过调整参数电位器即可控制参数的输入。
图1为现有的用于钢管磁饱和的控制电源示意图；图2为本实用新型用于钢管磁饱和的分时电流控制电源所施加的磁化电流示意图；图3为本实用新型用于钢管磁饱和的分时电流控制电源电气框图；图4为本实用新型的面板控制及参数设定电路图；图5为本实用新型的分时控制电路框图；图6为本实用新型的分时控制电路基本电路图，其中图6a为单稳态触发电路A 和时间控制单稳B，图6b为多路转换开关MS ；图7为本实用新型的磁饱和电源单元中的脉冲形成电路基本电路图；图8为本实用新型的开关驱动集成电路基本电路图；图9为本实用新型的功率驱动单元电路图。图中1磁饱和电源单元，2控制面板，3分时控制电路单元，4钢管感应传感器，5 磁饱和线圈，21磁饱和电源。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。参见图3，一种用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，包括磁饱和电源单元1、设定电路和分时控制电路单元3 ；所述设定电路安装在控制面板2上，设定电路通过电位器，来设定多段分时电流和施加每段电流所需时间，设定电路输出接分时控制电路单元3。在本实施例中，操作人员通过设定电位器，可设定检测钢管磁饱和所需的第一段电流II、第二段电流12以及施加第一段电流所需的时间Tl，各设定参数的电压值将被馈送至分时控制电路单元3，由分时控制电路单元3来分配调控磁饱和电源单元1在不同时间输出不同的电流。设定电路的基本电路可参见图4。控制面板2由各种开关组合、状态指示装置及电流和时间设定的精密电位器组所组成。所述分时控制电路单元3包括单稳态触发电路A、时间控制单稳态触发电路B和多路转换开关MS，参见图5。当钢管感应传感器4感应到钢管头部时，触发分段控制启动单稳态触发电路A，单稳态触发电路A继而启动时间控制单稳态触发电路B，输出磁饱和电流第一段启动信号Sl ； 磁饱和电流第一段启动信号Sl的信号宽度由第一段时间Tl输入决定；当操作人员确定了所需“一段钢管”的长度，根据钢管检测速度即可设定此“一段时间Tl”，Tl = “一段钢管长度”/钢管检测速度。磁饱和电流第一段启动信号Sl信号结束后，时间控制单稳态触发电路B的负跳变顺时再启动磁饱和电流第二段启动信号S2，磁饱和电流第二段启动信号S2的信号宽度由第二段时间T2输入决定；磁饱和电流第二段启动信号S2信号结束后，时间控制单稳态触发电路B的负跳变顺时再启动磁饱和电流第三段启动信号S3，以此类推，启动磁饱和电流最后一段启动信号Sn —直工作至钢管尾部出钢管感应传感器4。本实施例中采用二分时段电流，在磁饱和电流第一段启动信号Sl信号结束后，时间控制单稳态触发电路B的负跳变顺时再启动磁饱和电流启动信号S2，S2将一直工作至钢管尾部出钢管感应传感器4。所述磁饱和电流第一段启动信号Si、第二段启动信号S2控制多路转换开关MS切换对应的磁饱和电流设定值II、12输出至磁饱和电源单元1触发电流输出至磁饱和线圈 5。图6为分时控制电路单元3的基本电路图，电路NIBS构成了分段控制启动单稳态触发电路A，电路N3A构成了时间控制单稳B，参见图6a。电路N2A、N2B、N2C、N2D构成了多路转换开关MS，参见图6b。所述分时控制电路单元3的主要功能是控制磁饱和电源单元1 在不同的时段输出不同的电流值。所述磁饱和电源单元1为开关型电流反馈电源，磁饱和电源单元1包括脉冲形成电路和功率驱动电路；所述脉冲形成电路采用脉冲宽度调制器PWM控制不同的电流输出，本实施例采用了 UC3525A脉冲宽度调制器作为PWM主控制芯片。UC3525A为一种开关电源集成控制器，采用了先进的脉宽调制PWM控制，工作频率高于200KHz ；工作电压范围为6 35V，内基准电压为5. IV，精度为士 1%;输出级采用图腾柱式。通过宽度不同的方波驱动性能优良的大功率IGBT切换出大电流的交流输出，其基本电路图参见图7。所述功率驱动电路使用IGBT作为电流输出，参见图9。380V的交流输入电压经过输入整流滤波器VMl整流后变成大约500V的直流电压；由IGBTVM3、VM5构成了开
5关变换器，将直流电压变换成脉冲宽度可调的方波电压，再经输出VM4、VM6、LM2、CM5及CM6 的整流滤波后，变成可调直流输出电压V0。输出电压VO加到磁饱和线圈5上，产生负载电流。同时，输出的负载电流经过输出电流检测，再反馈加到脉冲宽度调制器PWM上，控制驱动脉冲的宽度。如输出负载电流过高，则驱动脉冲变窄，使输出电压降低；如输出负载电流过低，驱动脉冲变宽，使输出电压升高。因而输出负载电流可以稳定在恒定数值。当无负载时，驱动脉冲为最大宽度，输出电压为输入整流电压峰值，且控制面板2上的电流表指示为输出电流不可调节。两个IGBT由一对高性能的开关驱动集成电路EX841驱动，此驱动电路是混合IC，能驱动高达400A的600V IGBT和高达300A的1200V IGBT，参见图8，图8 是其中一个的开关驱动集成电路基本电路图，另一个的开关驱动集成电路结构完全相同。本实用新型用于钢管磁饱和的分时电流控制电源的工作过程参见图2、图3，操作时，可先在控制面板2上先设定第一段钢管长度N检测所需的磁饱和电流值Il并输入第一段钢管长度所需的检测时间(根据检测速度推算时间);然后再设定第二段钢管长度M检测所需的磁饱和电流12。当钢管感应传感器4感知到钢管的头部后，磁饱和电源单元1启动第一段磁饱和电流Il的输出至磁饱和线圈5，分时控制电路单元3控制其电流Il的加载时间，第一段钢管N磁饱和时间结束后，磁饱和电源单元1将自动跳变至第二段磁饱和电流12，开始第二段钢管M的磁饱和过程，从而形成两段电流控制。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，包括磁饱和电源单元(1)，其特征是所述控制电源还包括设定电路和分时控制电路单元(3 )，设定电路通过电位器，来设定多段分时电流和施加每段电流所需时间，设定电路输出接分时控制电路单元(3)；所述分时控制电路单元(3)包括单稳态触发电路(A)、时间控制单稳态触发电路(B)和多路转换开关(MS)，钢管感应传感器(4)电连接单稳态触发电路(A)，单稳态触发电路(A) 电连接时间控制单稳态触发电路(B)，时间控制单稳态触发电路(B)电连接多路转换开关 (MS)，多路转换开关(MS)电连接磁饱和电源单元(1)，磁饱和电源单元(1)电连接磁饱和线圈(5)。
2.根据权利要求1所述的用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，其特征是，所述磁饱和电源单元(1)为开关型电流反馈电源，磁饱和电源单元(1)包括脉冲形成电路和功率驱动电路；所述脉冲形成电路采用脉冲宽度调制器控制不同的电流输出，脉冲宽度调制器型号为 UC3525A，通过宽度不同的方波驱动大功率IGBT切换出大电流的交流输出；所述功率驱动电路采用IGBT作为电流输出，交流输入电压经过整流滤波器后变成直流电压，由IGBT构成开关变换器，将直流电压变换成脉冲宽度可调的方波电压，再经输出整流滤波，变成可调直流输出电压(VO)加到负载磁饱和线圈(5)上，产生负载电流；同时， 输出的负载电流经过输出电流检测，再反馈加到脉冲宽度调制器上，控制驱动脉冲的宽度。
专利摘要本实用新型涉及钢管涡流无损检测装置。一种用于钢管磁饱和的分时电流控制电源，包括磁饱和电源单元(1)、设定电路和分时控制电路单元(3)，设定电路通过电位器设定多段分时电流和施加每段电流所需时间；当感应传感器(4)感应到钢管头部时，依次触发分时控制电路单元中的分段启动单稳触发电路和时间控制单稳触发电路，输出磁饱和电流第一段启动信号，该信号宽度由第一段时间输入决定；该第一段启动信号结束后，时间控制单稳触发电路再启动磁饱和电流第二段启动信号，并一直工作至钢管尾部出感应传感器；所述电流第一段启动信号和第二段启动信号控制多路转换开关切换对应的磁饱和电流设定值输出至电源单元触发电流输出至磁饱和线圈(5)。
文档编号H02M1/088GK202085074SQ201020678648
公开日2011年12月21日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者王洪, 韩莉 申请人:宝山钢铁股份有限公司