一种基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置的制作方法

本发明涉及涡流热成像无损检测领域，具体是一种基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置。

背景技术：

涡流热成像作为一种非接触式的无损检测方法，如今被广泛的应用在控制产品质量、保证在役设备安全运行上。它将涡流与热成像技术结合，可实现大范围不同深度缺陷的快速检测，近年来在导体材料无损检测领域得到广泛的应用，成为分析导体材料失效原因的重要依据。

目前，常规涡流热成检测方法是将单一高频交流电通入单根导线或单个线圈内，通过电磁感应，使试件内部产生感应电流，从而实现局部加热。在实际应用过程中，这种局部加热方法使试件受热不均匀，不能很好的实现试件缺陷的检测。为实现试件的全覆盖自动化检测，在采用常用涡流热成像时，一方面，采用多个阵列线圈分别进行周向局部加热，该方法增加了系统的复杂性和成本，而且相邻加热线圈交界处存在加热盲区或重复加热的问题，产生漏判或者误判；另一方面，利用加热线圈与试件之间形成复杂的扫描运动，该方法增加了辅助设备成本和信号处理的难度，并且对于难以实现旋转的试件，如方坯，钢轨等，该扫描运动难以实现。

技术实现要素：

针对常规涡流热成像检测技术的现状与不足，本发明的目的在于提供一种基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置，以解决常规涡流热成像检测技术存在的加热不均和效率低等问题。

本发明提供的一种基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置，其结构包括：旋转磁场激励电源，旋转磁场发生器以及红外热像仪。旋转磁场激励电源给旋转磁场发生器提供多相异步交流电，进而在旋转磁场发生器内部空间产生旋转磁场。当被测试件置于旋转磁场发生器中时，基于法拉第电磁感应定律，与旋转磁场产生相对运动，将在试件中产生动生涡流，根据焦耳定律，实现被测试件的全周向均匀加热。当试件中存在缺陷时，被测试件表面温度分布不均，红外热像仪采集被测试件表面温度信号，从而实现被测试件表面缺陷的高灵敏度检测。

在上述技术方案中，所述多相异步交流电的频率越高，旋转磁场的转速越快，产生的动生涡流的强度越大，加热效率越高；同时随着电流频率增大，动生涡流的渗透深度降低，表面裂纹周围的涡流密度更大，表面温差更明显，更有利于表面裂纹检测；同时，也可以通过降低多相异步交流电的频率，来增加动生涡流的渗透深度，进而检测近表面的缺陷。

在上述技术方案中，所述多相异步交流电的幅值越大，旋转磁场的强度越大，产生的动生涡流的强度越大，加热效率越高。

在上述技术方案中，所述旋转磁场发生器的内径根据被测试件的尺寸进行设计，因此可以检测绝大多数的零部件，包括圆形、方形或者弯曲的不规则试件。

在上述技术方案中，所述红外热像仪的数量与布置方法与被测试件的尺寸、形状，以及红外热像仪探测范围有关，需满足360°全面检测，一般来说红外热像仪个数不少于2。

在上述技术方案中，被测试件在旋转磁场发生器中的移动速度增加时，需增加多相交流电的幅值与频率，以提高加热效率。

本发明提供的基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置，其具有以下十分突出的优点：

1. 多相异步交流电通入旋转磁场发生器中，在其内部产生旋转磁场，进而在被测试件中产生动生涡流，从而对被测试件全周向进行均匀加热，极大地简化了现有的加热系统，解决了现有涡流检测线圈加热技术加热不均的问题。

2. 通过调整多相异步交流电的幅值和频率，可以调整加热效率和动生涡流渗透深度，以适应不同检测速度和不同埋藏深度缺陷的检测需求。

附图说明

图1为基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置的结构示意图

图2为基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置旋转磁场激励电源输入的典型三相异步交流电信号图

图3为旋转磁场激励电源的电流处于第Ⅰ阶段时，旋转磁场发生器产生磁场的分布示意图

图4为旋转磁场激励电源的电流处于第Ⅱ阶段时，旋转磁场发生器产生磁场的分布示意图

图5为旋转磁场激励电源的电流处于第Ⅲ阶段时，旋转磁场发生器产生磁场的分布示意图

图6为旋转磁场激励电源的电流处于第Ⅳ阶段时，旋转磁场发生器产生磁场的分布示意图

图7为基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置检测方坯的结构示意图

上述附图中的各图示标号表示对象分别为：1-旋转磁场激励电源；2-旋转磁场发生器；3-红外热像仪；4-被测试件；5-动生涡流；6-缺陷；7-旋转磁场；8-两级线圈。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的具体实施方式，并通过具体实施方式对本发明的基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置作进一步的说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。

在下面所述具体实施方式中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语仅仅是为了便于说明本发明，并非用来限制本发明。

本实施例的基于旋转磁场的感应涡流热成像检测装置，其结构示意图如图1所示，构成包括：旋转磁场激励电源1，旋转磁场发生器2，红外热像仪3。旋转磁场激励电源1给旋转磁场发生器2通入多相异步交流电，进而产生空间的旋转磁场，被测试件4切割旋转磁场产生动生涡流，对被测试件进行全周向均匀加热，在装置末端多个红外热像仪3，全面获取被测试件表面的温度信息。旋转磁场发生器2产生的旋转磁场可以对绝大多数的零部件进行加热，如钢管、方坯以及难以旋转的钢轨等。

采用本发明装置，旋转磁场激励电源1提供的典型三相异步交流电如图2所示。激励电源产生三个相位差为120°的异步电流:,,，同时进入旋转磁场发生器2的两级线圈8。

采用本发明装置，旋转磁场发生器2产生旋转磁场的原理图如图3、图4、图5、图6所示。激励电源产生的异步电流I₁,I₂,I₃分别通过旋转磁场发生器2的两级线圈8（A、B、C、A’、B’、C’）流入流出。当电流处于图2的第Ⅰ阶段时，电流I₁和I₃为正，I₂为负，即电流从A、C、B’流入，B、A’、C’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的感应磁场7如图3所示。当电流处于图2的第Ⅱ阶段时，电流I₁为正，I₂和I₃为负，即电流从A、B’、C’流入，B、C、A’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的感应磁场7如图4所示。当电流处于图2的第Ⅲ阶段时，电流I₁和I₂为正，I₃为负，即电流从A、B、C’流入，C、A’、B’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的感应磁场7如图5所示。当电流处于图2的第Ⅳ阶段时，电流I₂为正，I₁和I₃为负，即电流从B、A’、C’流入，A、C、B’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的感应磁场7如图6所示。随着电流从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段，从图3到图6可明显的看出磁场的方向按顺时针方向旋转，形成了旋转磁场。

当被测试件4置于旋转磁场7中时，与旋转磁场7形成相对运动，即被测试件4切割磁感线运动，基于电磁感应定律产生动生涡流5。当被测试件中存在缺陷6时，如图1所示，该缺陷阻碍了涡流在被测试件中的传播，引起缺陷周边的涡流密度明显增大，根据焦耳定律，缺陷周边的温度将明显高于无缺陷区域。进一步，红外热像仪3通过获取被测试件表面温度分布可检测到裂纹6的存在。

采用本发明装置检测方坯的结构示意图如图7所示，旋转磁场激励电源1给旋转磁场发生器2通入多相异步交流电，根据上述原理，旋转磁场发生器2将产生均匀的旋转磁场，当方坯4通过旋转磁场发生器时，根据电磁感应定律，方坯4切割旋转磁场，进而产生动生涡流。当方坯中存在缺陷6时，阻碍动生涡流的传播，引起缺陷周边的涡流密度明显大于其它区域，根据焦耳定律，缺陷周边的温度明显高于无缺陷区域。基于涡流热成像原理，位于装置末端的红外热像仪采集被测试件表面温度信息，进而检测出缺陷6的存在。

所以，采用本发明的检测装置能够快速准确的实现各种试件中缺陷的高灵敏涡流热成像检测。