手持式探伤仪的制作方法

本实用新型涉及电涡流检测技术领域，具体而言涉及手持式探伤仪。

背景技术：

目前对铁轨检测的方法，主要由人工识别、超声波探伤、ccd扫描相机以及点涡流探伤，但它们各有优缺点。

人工识别的方式，检测速度慢，精度差，对于检测人员的工作素养要求极高。

超声波探伤,适用于铁轨内部检测，且极易受到环境因素的影响。

ccd线扫描相机，检测精度快，适用于铁轨表面检测，易受铁轨表面杂质的影响。

传统电涡流探伤，适用于铁轨表面以及亚表面检测，能够准确的判断缺陷位置，但仍未能实现铁轨缺陷的形状、大小、损伤程度的定量化评估。

普通电涡流铁轨探伤的探头设计所产生的涡流都是只能完成测量某一类型缺陷的裂纹，如横向裂纹，对于其他类型的裂纹就很难测量，如纵向裂纹。这就直接导致漏检的可能性，并且不能完成定量化可视化的评估。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种手持式探伤仪，包括手持式的检测终端以及通过数据线与手持式检测终端连接的信号处理终端，其中：

所述手持式的检测终端包括外壳、位于外壳内的正交的两个u型铁芯、绕制在铁芯上的两组线圈以及电磁传感器阵列，对线圈通过相位差为90度的两个正弦波信号激励，使其产生围绕在测量表面或者亚表面的旋转电涡流；

所述外壳包括上壳体和下壳体，下壳体与上壳体可拆卸地卡合固定，其中所述的正交分布的铁芯、线圈以及电磁传感器阵列均安装在下壳体内；

所述外壳的上部还通过一密封圈固定一握持部，该握持部的顶部设置有一数据线引出接口，通过数据线连接到信号处理终端；

所述电磁传感器阵列由多个磁传感器排列形成m*n组合，用于接收电涡流检测的反馈信号，其中m和n均为大于等于1的正整数，并且所述电磁传感器阵列的下表面与正交分布的u型铁芯侧部的自由端处于同一平面；

所述信号处理终端包括箱体以及在箱体上设置的显示屏、按键面板、数据输入接口以及数据导出和充电接口，显示屏、按键面板、数据输入接口以及数据导出和充电接口均与内部的信号处理电路电连接，其中显示屏用以显示信号处理结果；按键面板用于调节和控制工作条件和工作参数；

所述信号处理终端内部设置的信号处理电路包括依次电连接的信号调理电路、ad采集电路以及图像重构电路，所述信号调理电路接收电磁传感器阵列输出的信号，进行鉴相、放大以及整形处理，输出到ad采集电路；ad采集电路将模拟量转换到数字量；图像重构电路基于列阵式磁传感器检测到相关位置的磁场检测信号得到的数字量进行图像重构，得到缺陷图形。

优选地，所述握持部为与上壳体固定的圆柱形。

优选地，所述线圈的绕制采用下述方式中的任意一种：

1)在正交的两个铁芯的槽部位置，位于相互叠加的位置分别绕制，在两个铁芯上分别形成一个线圈；

2)在每个铁芯的相对的端部位置分别绕制，每个铁芯上绕制的一对线圈构成一组线圈。

优选地，所述下壳体的内部、在远离上壳体的一侧还固定有一pcb板，所述电磁传感器阵列设置在该pcb板上。

优选地，所述信号处理终端内设置有信号发生电路，通过调节输出信号类型、信号相位、信号幅值峰值以及信号频率，产生用以激励所述线圈的相位差为90度的两个正弦波信号，正弦波信号的幅值峰值为5v，频率为1khz。

优选地，所述信号调理电路包括鉴相电路、放大电路以及整形电路，其中鉴相电路用于检测电路信号的相位，判断相位是否发生改变；所述放大电路用于对信号进行放大处理，输出放大的电压信号；整形电路对放大电路输出的电压信号进行信号整形，将输出波形进行修正处理，然后输出到ad采集电路。

优选地，所述磁传感器采用ami306r的三轴电磁传感器。

优选地，所述正交的两个u型铁芯之间留有空隙。

优选地，所述信号处理终端的箱体以及检测终端的外壳均采用铁质材料制成。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的手持式探伤仪的检测终端示意图。

图2是本实用新型的手持式探伤仪的信号处理终端示意图。

图3是本实用新型的手持式探伤仪的检测终端的结构示意图。

图4是本实用新型的手持式探伤仪的检测终端的线圈示意图。

图5是本实用新型的手持式探伤仪的检测终端的另一示例的线圈示意图。

图6是本实用新型的手持式探伤仪的信号处理终端的电路原理示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-图6所示，本实用新型提出一种手持式探伤仪，包括手持式的检测终端以及通过数据线与手持式检测终端连接的信号处理终端。手持式终端采用正交的电涡流检测头，电涡流检测头包括正交的两个u型铁芯以及绕制在铁芯上的两组线圈，对线圈通过相位差为90度的两个正弦波信号激励，使其产生围绕在测量表面或者亚表面的旋转电涡流，以达成全面检测的目的。

结合图示的示例，本实用新型优选的示例的手持式探伤仪的手持式的检测终端包括外壳10以及设置在外壳内的正交分布的铁芯(1a、1b)、电磁传感器阵列以及绕制在铁芯上线圈(3a、3b)，如前述的，通过对两组线圈施加相位差为90度的两个正弦波激励信号，激励电流使线圈产生旋转的电涡流。

结合图1所示，外壳10包括上壳体10a和下壳体10b。

外壳10的上部还通过一个密封圈30固定一个握持部20，该握持部优选具有符合人体工学的结构，例如图示的利于握持的圆柱形。其顶部设置有一数据线引出接口40，通过数据线连接到信号处理终端50的数据输入接口。

下壳体10b与上壳体10a可拆卸地卡合固定，例如图示中以带限位的卡合结构。

结合图1，正交分布的铁芯包括两个相同的u型铁芯，分别为第一铁芯1a和第二铁芯1b，正交地分别固定在外壳内，尤其是下壳体10b内部。

第一铁芯1a和第二铁芯1b成正交位置分布并在二者之间留有空隙。

第一铁芯1a和第二铁芯1b上，对应的分别设置一组线圈3a和另一组线圈3b，不同的铁芯上对应的线圈(即两组线圈)作为电涡流发生装置。

两组线圈分别通过各自的线圈导线构成独立的电路并引出到外壳的外部，与激励电路连接，即交流激励电路。

结合图4和图5所示的线圈绕制方式，本实用新型的探伤仪上使用下述两种之一来形成绕制线圈：

结合图4，第一铁芯1a和第二铁芯1b的槽部位置，位于相互叠加的位置分别绕制，在两个铁芯上分别形成一个线圈3a和3b，分别施加激励；

结合图5，在每个铁1a、1b的相对的端部位置分别绕制，每个铁芯上绕制的一对线圈构成一组线圈，在两个铁芯上对应形成2组线圈，分别施加激励。

结合图1、图6，交流激励电路具有信号发生电路，信号发生电路具有信号发生器和鉴相器，信号发生器用于产生50-100khz的信号，鉴相器用以鉴相输出相位差为90度的两个正弦波激励信号，施加到对应的两组线圈上。

可选地，信号发生电路通过调节输出信号类型、信号相位、信号幅值峰值以及信号频率，产生相位差为90度的两个正弦波信号，幅值峰值为5v，频率为1khz。

优选地，在鉴相器与线圈之间还设置有缓冲器。

电磁传感器阵列由多个磁传感器2，排列形成m*n组合，即m行、n列的组合形式，接收电涡流检测的反馈信号。m和n均为大于等于1的正整数。电磁传感器阵列的下表面与正交分布的u型铁芯侧部的自由端处于同一平面。

电磁传感器阵列经由引出导线引出到外壳的外部，与信号处理终端电性连接。

前述的实施例中，通过正交的u型铁芯，提供线圈的绕制基础，起到聚磁作用，防止磁场过多的泄露，以减少能量的损失。

本实用新型优选的采用ami306r的三轴电磁传感器作为反馈检测的磁传感器，检测出其干扰信号，以确定缺陷的状况。

结合图1，正交分布的铁芯、线圈以及磁传感器的重量均较轻，利于整个设备小型化设计。铁芯以及pcb板均采用粘合剂固定到外壳。

优选地，外壳均为铁质材料制备，以进行电磁屏蔽，避免外界磁场对探伤设备的影响。

结合图1，优选地，磁传感器2对应的引出导线以及线圈对应的线圈导线，均汇集到握持部20，然后连接到数据线引出接口40。图示中，以标号11统一标示引出的导线。

如图1，下壳体10b的内部、在远离上壳体的一侧还固定有一pcb板5，电磁传感器阵列设置在该pcb板上，以实现对传感器阵列的固定安装。

结合图2所示，信号处理终端50具有一箱体51，整体采用铁质材质制作，以进行电磁屏蔽。箱体的正面设置一个占据60％的显示屏52，用以显示信号处理结果，显示屏52与内部的信号处理电路电连接。

如图2所示，箱体51的正面还设置有控制和操作信号处理终端的按键面板55以及旋钮式调节开关56，连接到内部的信号处理电路，用于调节和控制显示内容以及激励等工作条件和工作参数。

箱体51的侧部还设置有数据输入接口53以及数据导出和充电接口54。优选地，内部的信号处理电路采用蓄电池供电以利于便携式的检测操作，例如对工业现场以及对铁轨的检测，通过充电接口可对蓄电池进行充电。数据输入接口53通过数据线与检测终端的数据线引出接口40数据连接，实现数据交互。

图5示例性的信号处理终端内部的信号处理电路包括依次电连接的信号调理电路、ad采集电路以及图像重构电路。

信号调理电路接收电磁传感器阵列输出的多路输出信号，进行鉴相、放大以及整形处理，输出到ad采集电路。

ad采集电路将模拟量转换到数字量。

图像重构电路基于列阵式磁传感器检测到相关位置的磁场检测信号得到的数字量进行图像重构，得到缺陷图形。

结合图1，当线圈通一个脉冲信号时，绕组线圈将会产生磁场，本实用新型通过施加相位差为90度的两个正弦波激励，使得线圈产生施加到待检测表面(例如铁轨)以及亚表面形成旋转的电涡流，如果所检测的铁轨中有缺陷，探头的检测结果将会发生改变(即形成干扰信号)。

结合图1、6，信号发生器产生的相位差为90度的两个正弦波信号施加激励到所述的线圈上，在待检测表面或者亚表面形成旋转的电涡流，当遇到有缺陷的地方时，由于缺陷部位对旋转电涡流有阻碍作用，旋转电涡流产生的反馈磁场将会与无缺陷时所反馈信号不同，通过使用的型号为ami306r的三轴电磁传感器检测出反馈信号。

在具体的实施例中，信号调理电路包括鉴相电路、放大电路以及整形电路。

鉴相电路用于检测电路信号的相位，判断相位是否发生改变，其输入来自信号发生器，以正弦波的形式输入，输出的信号是两路相位相差90度的正弦波信号。

所述放大电路用于对信号进行信号放大处理，输出放大的电压信号。

整形电路对放大电路输出的电压信号进行信号整形，将输出波形进行修正处理，然后输出到ad采集电路。

在探伤检测的过程中，结合图1、2、6所示，下面简要描述其实施过程：

1)通过用信号发生器通过调节输出信号类型，信号相位，信号幅值峰值，信号频率，产生相位差为90度的两个正弦波信号，幅值峰值为5v，频率为1khz；

2)由信号发生器产生的相位差为90度的两个正弦波信号通在传感器探头的线圈上，在检测的铁轨上形成旋转的电涡流，当遇到有缺陷的地方时，由于缺陷部位对旋转电涡流有阻碍作用，旋转电涡流产生的反馈磁场将会与无缺陷时所反馈信号不同，用ami306r的三轴电磁传感器检测出反馈信号；

3)将ami306r三轴电磁传感器输出的信号经过信号调理电路(鉴相，放大，整形电路)，供ad转换；

4)dsp采集ad数据信号(将模拟量转化成数字量)，进行分析和处理。

5)将处理后的数据输出到上位机(例如嵌入式主机)，重构出损伤图形。

在使用本实用新型的手持式探伤仪的过程中，检测人员只需拿着探头在铁轨表面划过，即可在显示屏(优选液晶显示屏)上看到裂纹等损伤的形状大小与位置。

与现有技术相比，本实用新型的手持式探伤仪，通过两组正交的铁芯与线圈作为电涡流发生装置，使探头能够在铁轨表面以及亚表面形成一个旋转的电涡流，如果所检测的铁轨中有缺陷，探头的检测结果将会发生改变(即形成干扰信号)，即通过磁传感器阵列检测出来，完成铁轨表面及亚表面的不同类型缺陷的检测，以利于后期能够有效地对铁轨损伤进行可视化、定量化的分类评估。

本装置设计的检测装置利于在所测物体上形成一种旋转的电涡流，可以检测铁轨表面的不同类型的缺陷，并能够有效地避免环境变量对超声波、ccd线扫描相机等探伤方法的影响。该装置突破了其他铁轨探伤车功能单一、检测速度慢、检测精度低、受环境影响较大等问题，创新性地应用了一种新型的信号处理和损伤重构技术，创新性地利用电涡流探伤法与mi传感器结合的铁轨表面以及亚表面损伤的检测方法(早期检测)。

设备检测精度如下：

1.裂纹位置定位：误差不超过1mm

2.裂纹形状重构尺寸：误差小于2mm

3.表面损伤位置：误差不超过2mm

4.表面损伤形状重构尺寸：误差小于2mm

5.铁轨表面探伤深度：≈2mm，可检测铁轨表面以及亚表面裂纹、疲劳损伤(早期缺陷).

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。