专利名称：一种基于旋转磁场的acfm不同角度裂纹检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于交流电磁场检测技术领域，尤其涉及一种基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹检测系统。
背景技术：
交流电磁场检测(ACFM)是一种新兴的电磁无损检测技术，已广泛应用于石油化工、船舶工程、航空航天等各种场合构件的表面缺陷检验。目前ACFM检测技术装置都是通过探头在工件表面感应出单一方向的电磁场，探头一次扫描并不能完成可靠的检测，只能有效检测单一角度方向的缺陷，对其他不同角度的缺陷检测灵敏度较低，容易出现漏检的可能性。这些问题将大大降低ACFM技术的可靠性和检测效率，如何提高对不同角度裂纹的检测灵敏度显得十分重要。
发明内容
本发明提供了一种基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹检测系统，旨在解决目前交流电磁场检测技术装置都是通过探头在工件表面感应出单一方向的电磁场，探头一次扫描并不能完成可靠的检测，只能有效检测单一角度方向的缺陷，对其他不同角度的缺陷检测灵敏度较低，容易出现漏检的可能性，降低了 ACFM技术的可靠性和检测效率的问题。本发明的目的在于提供一种基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹检测系统，该ACFM不同角度裂纹检测系统包括:用于在待测工件表面感应出匀速旋转、均强电磁场的旋转磁场信号激励源；用于在待测工件的表面进行扫描，获取待测工件的表面缺陷引起的旋转磁场畸变信号，并对所获取的旋转磁场畸变信号进行输出的检测探头；与所述检测探头相连接，用于接收所述检测探头输出的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出的信号调理模块；与所述信号调理模块相连接，用于接收所述信号调理模块预处理后的旋转磁场畸变信号，将处理后的旋转磁场畸变模拟信号进行输出的A/D数据采集卡；用于所述A/D数据采集卡相连接，用于接收所述A/D数据采集卡输出的旋转磁场畸变模拟信号，将旋转磁场畸变模拟信号转换为旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行采集、处理，并对待测工件表面的不同角度裂纹缺陷进行智能分析及识别的缺陷智能识别子系统。进一步，所述旋转磁场信号激励源采用两组相互垂直的第一激励线圈及第二激励线圈绕制在正交的双U型磁芯上方，通过信号发生器、功率放大电路、移相电路分别给第一激励线圈及第二激励线圈通入幅值、频率相同，相位相差90度的正弦交流信号。进一步，所述双U型磁芯采用双U型锰锌铁氧体磁芯；所述A/D数据采集卡采用型号为USB2086的数据采集卡。
进一步，所述信号发生器的正弦交流信号采用精密函数发生器ICL8038产生，所述移相电路采用RC移相电路，通过改变电阻值，得到与输入信号大小、频率相同，但相位相差90度的输出信号；设定运算放大器为理想运放，令X= I/ ω c式中，ω为信号角频率，列节点方程(1/Vl/Rf) Un-UsZWR1 = O(l/R+jl/x)Up-Us/R = O因Up = Un 解得:U0 = - (RRf+j R1XZR1XZR1 (R-jX)) Us令R1 = Rf 可得U0 = - (R+jX/R-jX) Us则可知其频率特性为:Av = U0/U = - (R+jX/R-jX) = - (R2_X2/R2+X2) - j (2RX/R2+X2)而其幅频特性为:
权利要求
1.一种基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，该ACFM不同角度裂纹检测系统包括: 用于在待测工件表面感应出匀速旋转、均强电磁场的旋转磁场信号激励源； 用于在待测工件的表面进行扫描，获取待测工件的表面缺陷引起的旋转磁场畸变信号，并对所获取的旋转磁场畸变信号进行输出的检测探头； 与所述检测探头相连接，用于接收所述检测探头输出的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出的信号调理模块； 与所述信号调理模块相连接，用于接收所述信号调理模块预处理后的旋转磁场畸变信号，将处理后的旋转磁场畸变模拟信号进行输出的A/D数据采集卡； 用于所述A/D数据采集卡相连接，用于接收所述A/D数据采集卡输出的旋转磁场畸变模拟信号，将旋转磁场畸变模拟信号转换为旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行采集、处理，并对待测工件表面的不同角度裂纹缺陷进行智能分析及识别的缺陷智能识别子系统。
2.如权利要求1所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述旋转磁场信号激励源采用两组相互垂直的第一激励线圈及第二激励线圈绕制在正交的双U型磁芯上方，通过信号发生器、功率放大电路、移相电路分别给第一激励线圈及第二激励线圈通入幅值、频率相同，相位相差90度的正弦交流信号。
3.如权利要求2所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述双U型磁芯采用双U型锰锌铁氧体磁芯； 所述A/D数据采集卡采用型号为USB2086的数据采集卡。
4.如权利要求2所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述信号发生器的正弦交流信号采用精密函数发生器ICL8038产生，所述移相电路采用RC移相电路，通过改变电阻值，得到与输入信号大小、频率相同，但相位相差90度的输出信号； 设定运算放大器为理想运放，令 X = I / ω c 式中，ω为信号角频率，列节点方程 (IzVlZRf)-UyR1-VR1 = O (l/R+jl/x)Up-Us/R = O .13 Up = Un 解得:U0 = -(RRf+JR1XZR1 (R-jX))Us令R1 = Rf可得U0 = -(R+jX/R-jX)Us则可知其频率特性为:Av = U0/Us = - (R+jX/R-jX) = - (R2-X2/R2+X2) - j (2RX/R2+X2) 而其幅频特性为:
5.如权利要求1所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述检测探头采用2维阵列结构，每组线圈包含一对正交的磁场水平和垂直分量的检测线圈。
6.如权利要求1所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述信号调理模块采用前置放大器AD620对旋转磁场畸变模拟信号进行信号放大，采用2阶巴特沃斯滤波器进行低通滤波。
7.如权利要求1所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述缺陷智能识别子系统进一步包括: 利用动态链接库，创建设备对象，设置好初始参数，读取旋转磁场畸变模拟信号最低有效位数据LSB，并转换为电压值，将旋转磁场畸变模拟信号转换为旋转磁场畸变数字信号，完成一次数据采集的数字信号采集模块； 与所述数字信号采集模块相连接，用于接收所述数字信号采集模块输出的旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行互相关矢量检测和数字IIR滤波的数字信号处理模块； 与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述数字信号处理模块输出的旋转磁场畸变数字信号，根据旋转磁场畸变数字信号对待测工件的不同角度表面缺陷的进行识别的缺陷智能识别模块。
8.如权利要求7所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述数字信号处理模块采用互相关矢量检测法检测出被测旋转磁场畸变数字信号的微弱变化，抑制噪声干扰，同时所述数字信号处理模块选用8阶巴特沃斯滤波器对旋转磁场畸变数字信号进行滤波处理。
9.如权利要求7所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述缺陷智能识别模块依据考虑相位信息的缺陷实时自动判定方法，首先检测点与蝶形图原点之间的距离大于安全阈值，而且相关检测得到的当前磁场信号的相位也必须大于相关阈值，实时绘制的X和Z方向的磁场强度曲线图与检测原理相符，才能报警识别该位置存在缺陷。
10.如权利要求7所述的ACFM不同角度裂纹检测系统，其特征在于，所述缺陷智能识别模块中ACFM检测的缺陷智能可视化反演采用LabVIEW和MATLAB混合编程的方法实现，采用LabVIEW设计用户图形界面和接口，MATLAB在后台提供缺陷实时判定、智能量化和可视化算法程序供LabVIEW调用，调用方式选用MATLAB Script节点方式。
全文摘要
本发明公开了一种基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹检测系统，旋转磁场信号激励源在待测工件表面感应出匀速旋转、均强电磁场，检测探头扫描待测工件表面，获取待测工件表面缺陷引起的旋转磁场畸变信号，信号调理模块对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，缺陷智能识别子系统将A/D数据采集卡输出的旋转磁场畸变模拟信号转换为旋转磁场畸变数字信号，对旋转磁场畸变数字信号进行采集、处理，并对待测工件表面不同角度裂纹缺陷进行智能分析及识别；该基于旋转磁场的ACFM不同角度裂纹缺陷检测系统能检测任意方向角度金属表面裂纹，实现了对不同角度裂纹的智能识别，有效地提高了检测灵敏度和工程实用性，具有较强的推广与应用价值。
文档编号G01N27/82GK103196989SQ20131005789
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者李伟, 陈国明, 李准, 刘凤, 张传荣, 刘涛, 张祎达 申请人:中国石油大学(华东)