专利名称：一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置和方法
技术领域：
本发明涉及探伤技术领域，更具体的说涉及一种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其具体是基于混频技术而对板状或管状金属内外缺陷在磁化状态下进行检测。
背景技术：
随着国民经济的发展，我国在十一五到十二五期间，高质量金属棒材的年需求量大幅度增加，并明显呈现出大口径化的发展趋势。特别是要求耐腐蚀、抗挤压的汽车轴承棒材等，将随着国家对能源基础设施和汽车工业投入的加大而成为需求的热点。由此，对这些产品出厂质量保证的无损检测提出了方法和技术上的新课题。根据电磁感应原理，载有交流电的线圈会在靠近它的金属材料中感应出涡流，感应的涡流反过来会影响检测线圈周围原有的磁场分布，从而导致检测线圈的测量阻抗发生·变化，由于涡流中携带了试件的厚度、缺陷以及电导率等信息，故通过测量因涡流引起的线圈阻抗变化，便可推知金属块的相关物理参数；但是，涡流因趋肤效应的限制，其一般只适用于金属材料表面缺陷的测量。另外，由于铁磁材料在被磁化后，其外表面和内表面缺陷在材料表面会形成漏磁场，漏磁场检测则是指通过检测上述漏磁场，从而发现缺陷的无损检测技术，但是由于漏磁检测的信号是一维信息，故无法区分内外缺陷。有鉴于此，本发明人针对现有技术对金属材料进行无损检测时无法得到完整缺陷信息的缺陷深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置，以解决现有技术对金属材料进行无损检测时无法得到完整缺陷信息的问题。为了达成上述目的，本发明的解决方案是
一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置，其中，包括
输入单元，具有至少两个用于分别产生不同频率激励信号的信号发生器、与至少两个信号发生器均相连而对不同频率激励信号进行叠加的加法电路以及与加法电路相连的功率放大电路；
检测线圈，与功率放大电路相连，并使待测工件感应变化高低频率；
信号提取单元，具有与检测线圈相连的前置放大电路、至少两个均与前置放大电路相连的带通滤波器以及与所述带通滤波器均相连的多路开关，所述带通滤波器的个数匹配于信号发生器的个数；
信号处理单元，与多路开关相连并根据多路开关传送过来的检测信号来评估待测工件的质量。进一步，该信号处理单元与该多路开关之间还设置有用于对检测信号进行模数转换的A/D转换模块。
本发明的另一目的在于提供一种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其中，包括如下步骤
①、将至少两个不同频率的激励信号混合加载到检测线圈上，而使待测工件感应变化的高低频率；
②、从检测线圈中提取出分别对应于不同频率的检测信号；
③、分析处理上述对应于不同频率的检测信号，并获知待测工件的质量。进一步，在步骤②和步骤③之间，还包括对检测信号进行模数转换的步骤。进一步，在步骤②中是采用带通滤波器来导出对应于不同频率的检测信号。采用上述结构后，本发明涉及的一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置和方法，其输入不同频率的激励信号到检测线圈上，使待测工件感应变化高低频率并产生变化的磁 场，该变化的磁场会反作用于检测线圈而改变检测线圈的阻抗，由于不同的缺陷都会改变检测线圈的阻抗，而本发明由于采用了至少两种频率加载到检测线圈中，由此即能得到关于缺陷大小形状的更多信息，进而提高对金属材料中缺陷的评估，从而具有检测信息更加完整的功效。
图I为本发明涉及一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置的结构框 图2为图I中输入单元的具体结构框 图3为图I中信号提取单元的具体结构框图。图中
输入单兀I信号发生器11
加法电路12功率放大电路13
检测线圈2信号提取单元3
前置放大电路 31带通滤波器32
多路开关33A/D转换模块34
信号处理单兀 4。
具体实施例方式为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。如图I至图3所示，其为本发明涉及的一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置，包括输入单元I、检测线圈2、信号提取单元3以及信号处理单元4，其中
该输入单元1，具有至少两个信号发生器11、加法电路12以及功率放大电路13，该信号发生器11用于产生激励信号，并不同信号发生器11用于产生不同频率的激励信号；该加法电路12与至少两个信号发生器11均相连，从而对不同频率的激励信号进行叠加而生成一个复合激励信号；该功率放大电路13则与加法电路12相连，从而对该复合激励信号进行放大；
该检测线圈2，与功率放大电路13相连，并使待测工件(图中未示出)感应变化高低频
率;该信号提取单元3，具有前置放大电路31、至少两个带通滤波器32以及多路开关33，该前置放大电路31与检测线圈2相连而获取检测线圈2的状态信息，该至少两个带通滤波器32则均与前置放大电路31相连，所述带通滤波器32的个数与频率均匹配于信号发生器11的个数与频率，该多路开关33则与所述带通滤波器32均相连；
该信号处理单元4，与多路开关33相连并根据多 路开关33传送过来的检测信号来评估待测工件的质量，该信号处理单元4具体实施时可以为一存储有程序的微处理器；具体地，该信号处理单元4与该多路开关33之间还设置有用于对检测信号进行模数转换的A/D转换模块34。这样，本发明通过输入不同频率的激励信号到检测线圈2上，使待测工件感应变化高低频率并产生变化的磁场，该变化的磁场会反作用于检测线圈2而改变检测线圈2的阻抗，由于不同的缺陷都会改变检测线圈2的阻抗，而本发明由于采用了至少两种频率加载到检测线圈2中，由此本发明则能得到关于缺陷大小形状的更多信息，进而提高对金属材料中缺陷的评估，从而具有检测信息更加完整的功效。为了让本发明的技术方案能被充分实施，本发明还提供一种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其包括如下步骤
①、将至少两个不同频率的激励信号混合加载到检测线圈2上，而使待测工件感应变化的高低频率；
②、从检测线圈2中提取出分别对应于不同频率的检测信号；具体的，其是利用带通滤波器32的特性来导出对应于不同频率的检测信号；
③、分析处理上述对应于不同频率的检测信号，并获知待测工件的质量。具体地，在步骤②和步骤③之间，还包括对检测信号进行模数转换的步骤。作为本发明涉及检测方法中一种具体的分析处理过程，其设定由不同频率所得的信号的实部阻抗Xn和虚部感抗Yn是以η为参数的函数。这些参数代表受检部件上的不同不连续性信号。下面以双频系统进行详细描述
第一步(混频处理):
其信号表示具体如下
Χ1=Α11*Ρ1+ Α12*Ρ2 ；
Υ1=Α21*Ρ1+ Α22*Ρ2 ；
同时Χ2=Α31*Ρ1+Α32*Ρ2 ；
Υ2=Α41*Ρ1+ Α42*Ρ2 ；
其中Α11、Α12代表Ρ1、Ρ2两个频率对应干扰信号的实部阻抗权值;Α21、Α22代表Ρ1、Ρ2两个频率对应干扰信号的虚部感抗权值；点(XI，Yl)代表在两个频率作用下对应干扰信号。另外，Α31、Α32代表Ρ1、Ρ2两个频率对应缺陷的实部阻抗权值；Α41、Α42代表Ρ1、Ρ2两个频率对应缺陷的虚部感抗权值；点《2，Υ2)代表在两个频率作用下对应缺陷的信号。经换算后得到
P1=C11*X1+ C12*Y1+ C13*X2+ C14*Y2 ；P2=C21*X1+ C22*Y1+ C23*X2+ C24*Y2 ；
其中C11、C12、C13、C14代表Pl频率对应干扰信号+缺陷的实部阻抗权值和；C21、C22、C23、C24则代表P2频率对应干扰信号+缺陷的实部阻抗权值和。第二步(干扰信号和缺陷的相位旋转到45度)
Φl=arctanYl/Xl ；
Φ 2=arctanY2/X2 ；
Xll= Xl cos (45-Φ1) +Ylsin (45-Φ1)；
Yll= -Xlsin (45-Φ1) +Yl cosO (45-Φ1)；
X21= X2 cos (45-Φ2) +Y2sin (45-Φ2)；
Y21= -X2sin (45-Φ2) +Y2 cos (45-Φ2)；
第三步(信号分析)
Ti (xi, YD — TH (xii, YiD ；
Τ2(Χ2，Υ2)— T22 (X21, Y21)；
T (X，Y)；
本申请人利用“阻抗坐标多维映射”变换来实现缺陷定位方法。其原理计算方法所示 Hx= (Tll-Tl) *sin (Φ 11-Φ I) *cos (Φ 11-Φ I) /K Hy= (Τ22-Τ2) *sin (Φ 21-Φ 2) *cos (Φ 21-Φ 2)/K。则Ηχ代表实际缺陷的深度(垂直方向)；Hy代表实际缺陷的宽度(水平方向)； 第四步再次采用“阻抗坐标多维映射”的方法，从而再次抑制干扰信号并对缺陷进行定量。上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
权利要求
1.一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置，其特征在于，包括 输入单元，具有至少两个用于分别产生不同频率激励信号的信号发生器、与至少两个信号发生器均相连而对不同频率激励信号进行叠加的加法电路以及与加法电路相连的功率放大电路； 检测线圈，与功率放大电路相连，并使待测エ件感应变化高低频率； 信号提取单元，具有与检测线圈相连的前置放大电路、至少两个均与前置放大电路相连的带通滤波器以及与所述带通滤波器均相连的多路开关，所述带通滤波器的个数匹配于信号发生器的个数； 信号处理单元，与多路开关相连并根据多路开关传送过来的检测信号来评估待测エ件的质量。
2.如权利要求I所述的ー种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置，其特征在于，该信号处理单元与该多路开关之间还设置有用于对检测信号进行模数转换的A/D转换模块。
3.—种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤 ①、将至少两个不同频率的激励信号混合加载到检测线圈上，而使待测エ件感应变化的高低频率； ②、从检测线圈中提取出分别对应于不同频率的检测信号； ③、分析处理上述对应于不同频率的检测信号，并获知待测エ件的质量。
4.如权利要求3所述的ー种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其特征在于，在步骤②和步骤③之间，还包括对检测信号进行模数转换的步骤。
5.如权利要求3所述的ー种检测金属材料内外裂纹缺陷的方法，其特征在于，在步骤②中是采用带通滤波器来导出对应于不同频率的检测信号。
全文摘要
本发明公开一种检测金属材料内外裂纹缺陷的装置及方法，该装置包括输入单元，具有至少两个用于分别产生不同频率激励信号的信号发生器、加法电路以及与加法电路相连的功率放大电路；检测线圈，与功率放大电路相连，并使待测工件感应变化高低频率；信号提取单元，具有与检测线圈相连的前置放大电路、至少两个均与前置放大电路相连的带通滤波器以及与所述带通滤波器均相连的多路开关，所述带通滤波器的个数匹配于信号发生器的个数；信号处理单元，与多路开关相连并根据多路开关传送过来的检测信号来评估待测工件的质量。能得到关于缺陷大小形状的更多信息，进而提高对金属材料中缺陷的评估，从而具有检测信息更加完整的功效。
文档编号G01N27/82GK102841130SQ20111016886
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者陈金贵 申请人:厦门艾帝尔电子科技有限公司