专利名称：一种测定磁致伸缩导波传播距离的方法
技术领域：
本发明属于铁磁性材料无损检测领域，具体涉及一种测定磁致伸縮导波(guided waves)传播距离的方法。
技术背景磁致伸縮导波检测技术不仅具有导波技术的单点激励可以实现检测一 定距离的优点，尤其可以检测某些常规检测方法无法检测的部位，同时由 于磁致伸縮导波检测技术的非接触特点，在工业现场正在逐步得到应用。 申请号为96193606.1的发明专利申请公开了一种利用磁致伸縮传感器的管 道和管子无损检验方法(
公开日为2003年6月18号)，其中对磁致伸縮传 感器的激励单元(发射器)和接收单元(接收器)进行了介绍，激励单元 和接收单元均由线圈和直流磁铁组成。由于磁致伸缩超声导波实现的是远 距离非接触检测，那么如何确定导波在构件中的传播距离，从而为可检测 的距离提供参考是目前导波检测面临的一个问题。目前大多数测定方法是 在实验室条件下进行，采用一个距离已知的构件，通过测量其端部反射信 号的衰减来确定导波传播距离，然而现场工况与实验室有一定差距，从而 引起测量误差。此外，申请号为200610028150.9的发明专利申请公开了一 种测量超声波在金属熔体中有效传播距离的方法(
公开日为2006年11月 29号)。该方法主要用于金属材料加工处理技术领域，无论从原理上还是从 方法上都不适合测定导波传播距离。发明内容本发明的目的是提供一种测定磁致伸缩导波传播距离的方法，该方法 可实现导波传播距离的现场标定，避免传统导波离线测定引起的误差，提 高缺陷定位精度。本发明提供的测定磁致伸縮导波传播距离的方法，其步骤包括(1 )将磁致伸縮导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上；(2) 利用激励装置将激励信号输送到激励单元中，采集接收单元的感 应电信号X1;(3) 保持激励单元位置不变的前提下，将接收单元移至被测构件上另 一位置，其移动距离为D;(4) 再次利用激励装置将激励信号输送到激励单元中，采集接收单元的感应电信号X2;(5 )利用计算式『=201g(")得到导波在本构件传播单位距离的衰减 比W， V,为感应电信号Xi中导波第一次通过接收单元的峰峰值，V2为感应电信号X2中导波第一次通过接收单元的峰峰值；(6)利用计算式^1+^^或^2+^^导到导波在被测构件中的传播距离L，其中阈值T根据可分辨信号的幅值来确定，"为 步骤(2)中激励单元与接收单元之间的距离，L2为步骤(3)中激励单元 与接收单元之间的距离。本发明的原理是导波是一种受构件几何形状和材料特性影响的弹性 波，其衰减规律表现为线性变化。通过测量导波在被测构件上两点间信号 的衰减比，从而得到导波在该构件传播的有效距离。传统导波离线测定传 播距离的方法只涉及到构件离线时的工作情况无法将现场情况综合到测定 结果中，使得测定结果不可避免与实际传播距离存在较大误差。利用本发 明的方法，可直接在现场实现导波传播距离的测定，从而避免由于工作情 况不同而引起的误差。由于传播距离作为缺陷定位的重要参数之一，准确
的传播距离可以提高缺陷定位精度。
图1是本发明方法的检测原理图。图2是本发明方法在构件上得到激励单元距接收单元为"时的信号。 图3是本发明方法在构件上得到激励单元距接收单元为L2时的信号。 图4是本发明应用于钢管上的安装示意图。图5是本发明在钢管上激励单元距接收单元为1800mm时的信号。 图6是本发明在钢管上激励单元距接收单元为2400mm时的信号。 图7是本发明应用于钢棒上的安装示意图。图8是本发明在钢棒上激励单元距接收单元为2000mm时的信号。 图9是本发明在钢棒上激励单元距接收单元为3000mm时的信号。 图10是本发明应用于预应力钢绞线上的安装示意图。 图11是本发明在预应力钢绞线上激励单元距接收单元为2000mm时的 信号。图12是本发明在预应力钢绞线上激励单元距接收单元为3000mm时的 信号。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。 本发明方法原理示意图如图1所示。首先将磁致伸縮导波传感器激励单元2和接收单元3分别安装在被测构件1上，再利用激励装置将激励信号输送到激励单元2中，采集接收单元3的感应电信号Xp其中M,为电磁脉冲信号，S,为导波第一次通过接收单元的信号，被测构件1由铁磁性材料构成且长度不小于1000mm。保证激励单元2位置不变的前提下，将接收单元3移至被测构件1上另一位置，其移动距离为D, D的取值范围可
以为100mm至4000mm，再次利用激励装置将激励信号输送到激励单元2 中，采集接收单元3的感应电信号X2，其中M2为电磁脉冲信号，S2为导波第一次通过接收单元的信号。利用计算式『=2Qlg(:2W)得到导波在构件1传播单位距离的衰减比W， V,为感应电信号Xi中导波第一次通过接收单元的峰峰值，V2为感应电信号X2中导波第一次通过接收单元的峰峰值。利用计算式丄=丄1+ ￡^2或丄=￡2+^^得到导波在本构件中的传播距离L，其中，阈值T根据可分辨信号的幅值来确定，如标准缺陷回波信号的峰值或初次通过信号后O.lms至0.3ms噪声峰峰值的2至4倍，Li为步骤(2)中激励单元2与接收单元3之间的距离，"为步骤(3)中激励单元2与接收单元3之间的距离。以下提供三个实施例更进一步说明本发明方法。 实施例1待测构件4为长度3200mm、内径为26mm、外径为38mm的钢管，如 图4所示。激励单元5为宽10mm，内径42mm，匝数为10，用线径为0.5mm 的漆包铜线绕制而成的线圈；接收单元6为宽10mm，内径42mm，匝数为 300，用线径为O.lmm的漆包铜线绕制而成的线圈。首先分别将传感器激励 单元5和接收单元6以穿过方式安装在钢管4上，使得它们之间相距 1800mm，得到信号波形如图5所示其中M3为电磁脉冲信号，S3为导波第 一次通过接收单元的信号，由图5可知第一次通过信号S3的峰峰值为 0.888V，然后移动接收单元6，使得两者相距2400mm，得到信号如图6所 示其中M4为电磁脉冲信号，S4为导波第一次通过接收单元的信号，由图6 可知第一次通过信号S4的峰峰值为0.870V，从而得到信号衰减比 -0.2964dB/m，以第一个通过的信号后O.lms时噪声峰峰值0.063V的两倍作 为阈值，得到导波在该构件上可传播距离为59.02m。
实施例2待测构件7为长度6000mm、直径18mm的钢棒，如图7所示。激励单 元8为宽6mm，内径22mm,匝数为20，用线径为0.5mm的漆包铜线绕制 而成的线圈；接收单元9为宽3mm，内径22mm，匝数为60，用线径为O.lmm 的漆包铜线绕制而成的线圈。首先分别将传感器激励单元8和接收单元9 以穿过方式安装在钢棒7上，使得它们之间相距2000mm，得到信号如图8所示其中M5为电磁脉冲信号，S5为导波第一次通过接收单元的信号，由图8可知第一次通过信号S5的峰峰值为1.117V，然后移动接收单元9，使得 两者相距3000mm，得到信号如图9所示其中M6为电磁脉冲信号，S6为导 波第一次通过接收单元的信号，由图9可知第一次通过信号S6的峰峰值为 1.085V,从而得到信号衰减比-0.2525 dB/m，以第一个通过的信号后的O.lms 时噪声的峰峰值0.126V的两倍作为阈值，得到导波在该构件上可传播距离 为53.32m。实施例3待测构件10为长5000mm、直径15.24mm的预应力钢绞线，如图10 所示。激励单元11为宽6mm，内径22mm，匝数为20,用线径为0.5mm 的漆包铜线绕制而成的线圈；接收单元12为宽3mm，内径22mm，匝数为 60，用线径为0.1mm的漆包铜线绕制而成的线圈。首先分别将传感器激励 单元11和接收单元12以穿过方式安装在预应力钢绞线上，使得它们之间 相距2000mm，得到信号如图11所示其中M7为电磁脉冲信号，S7为导波 第一次通过接收单元的信号，由图11可知第一次通过信号S7的峰峰值为 1.129V，然后移动接收单元12，使得两者相距3000mm，得到信号如图12 所示其中Ms为电磁脉冲信号，S8为导波第一次通过接收单元的信号，由图 12可知第一次通过信号S8的峰峰值为0.891V，从而得到信号衰减比 -2.056dB/m，以第一个通过的信号后的O.lms时噪声的峰峰值0.085V的两 倍作为阈值，得到导波在该构件上可传播距离为10.00m。
权利要求
1、一种测定磁致伸缩导波传播距离的方法，其步骤包括(1)将磁致伸缩导波传感器激励单元和接收单元分别安装在被测构件上；(2)利用激励装置将激励信号输送到激励单元中，采集接收单元的感应电信号X1；(3)保持激励单元位置不变的前提下，将接收单元移至被测构件上另一位置，其移动距离为D；(4)再次利用激励装置将激励信号输送到激励单元中，采集接收单元的感应电信号X2；(5)利用计算式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>W</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>201</mn><mi>g</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>V</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>/</mo> <msub><mi>V</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>D</mi></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="A2007100532090002C1.gif" wi="128" he="38" img-content="drawing" img-format="tif"/-->得到导波在本构件传播单位距离的衰减比W，V1为感应电信号X1中导波第一次通过接收单元的峰峰值，V2为感应电信号X2中导波第一次通过接收单元的峰峰值；(6)利用计算式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mn>201</mn><mi>g</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <msub><mi>V</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>W</mi></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="A2007100532090002C2.gif" wi="155" he="41" img-content="drawing" img-format="tif"/-->或<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mn>201</mn><mi>g</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <msub><mi>V</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>W</mi></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0003" file="A2007100532090002C3.gif" wi="159" he="41" img-content="drawing" img-format="tif"/-->得到导波在被测构件中的传播距离L，其中，阈值T根据可分辨信号的幅值来确定，L1为步骤(2)中激励单元与接收单元之间的距离，L2为步骤(3)中激励单元与接收单元之间的距离。
全文摘要
一种测定磁致伸缩导波传播距离的方法，属于铁磁性材料无损检测领域。本发明利用磁致伸缩导波传感器，通过调整激励单元和接收单元之间的距离，分别得到在不同距离条件下导波通过接收单元的信号；利用不同距离下信号幅值的变化，得到导波在构件中单位距离的衰减比，从而计算出导波在该构件中的传播距离。利用本发明的方法，可直接在现场实现导波传播距离的测定，从而避免由于工作情况不同而引起的误差。由于传播距离作为缺陷定位的重要参数之一，准确的传播距离可以提高缺陷定位精度。
文档编号G01N29/04GK101126742SQ200710053209
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年9月13日
发明者康宜华, 江 徐, 武新军, 王良云 申请人:华中科技大学