头编号规则:第一检测线圈起头 I号，第一检测线圈末头 2号；激励线圈起头 3号，激励线圈末头 4号；第一检测线圈起头 5号，第一检测线圈末头 6号。3号线头(激励线圈起头)与功率放大电路2的限流电阻连接，4号线头(激励线圈末头)与功率放大电路2的电源地平面连接。通电时，激励线圈在被测金属6的检测表面7敏感区域范围8内产生涡电流，利用第一检测线圈和第二检测线圈的信号差异来进行检测，可消除从激励线圈感应过来的本底信号，便于提取有用信号，降低后续信号处理电路的设计难度。
[0024]图4是信号处理电路示意图。信号处理电路依次由差动放大电路401、低通滤波电路402、放电电路403、峰值保持电路404、自放电电阻405、开关放电电路406、缓冲电路407、滤波电路408组成。信号处理电路采用+5V单电源供电，参考平面电平VREF为2.5V。差动线圈探头的2号线头(第一检测线圈的末头)与差动放大电路的同相输入端连接，6号线头(第二检测线圈的末头)与差动放大电路的反相输入端连接，I号线头(第一检测线圈的起头)和5号线头(第二检测线圈的起头)与信号处理电路的参考信号平面连接。差动放大器采用运算放大器构成加减运算电路对第一检测线圈和第二检测线圈的感应信号进行求差运算，运算放大器采用低功耗轨到轨输入运放，带宽大于50MHz，四个与增益相关的电阻均选用5k Ω误差小于I %的精密电阻；低通滤波电路采用50 Ω电阻和22nF电容组成RC低通滤波器，去除高频干扰；放电电路采用运算放大器构成反相放大对信号进一步放大，运算放大器选用采用低功耗轨到轨输入运放，带宽大于50MHz，Rg取Ik Ω，Rf取50k Ω，Cf取1pF ;峰值保持电路采用采用高速开关二极管和10pF的电容组成，实现对信号峰值保持，便于以较低的采样速度进行A/D采集；自放电电阻和开关放电电路为峰值保持电路的电容提供两种放电回路，可以选用其中一种或者两种并联，自放电电阻取值1ΜΩ，开关放电电路由可通过控制器控制闭合和断开的控制开关以及取值小于1kD的电阻组成；缓冲电路采用运放放大器配置成增益为I的同相放大形式，运放选用高输入阻抗、轨到轨输入/输出型；滤波电路采用22 Ω电阻和I UF电容组成RC低通滤波器，使输出信号平滑稳定。本发明的信号处理电路可以将差动线圈探头的感应信号处理成与波形变化与缺陷较为直观对应的、可以较低采样速度捕获的直流电压信号，比传统涡流检测阻抗分析方法更简单直接、对采集设备要求低。
[0025]图5是检测方法的时序图。当差动线圈探头开始对被测金属的检测表面某一点进行检测时，控制器产生200kHz、占空比为50%方波信号以及使信号处理电路中的开关放电电路的控制开关断开的控制信号，然后控制模拟多路开关依次接入各路模拟信号到模数转换器进行A/D转换，并由控制器通过SPI接口从模数转换器以20MHz的速度读取A/D转换数据，同时控制器停止产生方波信号，控制器产生使信号处理电路中的开关放电电路的控制开关闭合的控制信号，然后控制器通过另一 SPI接口将数据输出。移动差动线圈探头的位置，重复上述过程，可实现对被测金属的检测表面进行扫描检测。对输出数据近分析，可以确定被测金属的检测表面的缺陷情况。所述检测方法时序，仅在需要采集数据时采对激励线圈通电，无需其他时刻无需对激励线圈通电，可有效降低功耗。
[0026]由于趋肤效应，本发明所述检测方法仅能检测到被测金属的检测表面的缺陷而对另一表面的缺陷不敏感，因此将本检测方法与漏磁检测方法集成，能够有效解决管道漏磁内检测内外壁缺陷区分的问题。
[0027]本发明不仅局限于上述【具体实施方式】，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种【具体实施方式】实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种金属表面缺陷检测系统，其特征在于，所述系统包括控制器、功率放大电路、差动线圈探头、信号处理电路、模拟多路开关及模数转换器模块； 其中，控制器用于产生一定频率的方波信号，通过控制信号协助信号处理电路进行信号处理，读取模数转换器转换的数字信号并输出；功率放大电路用于提高方波信号的驱动能力，从而激励差动线圈探头；差动线圈探头用于在激励信号的激发下在被测金属表面产生涡流，并感应输出与涡流效应相关的感应信号；信号处理电路用于将差分探头线圈的输出感应信号调理成易于识别和解释的直流模拟电压信号；模拟多路开关用于将多路信号处理电路的输出模拟电压信号发送到模数转换器进行数字化转换；模数转换器用于将模拟电压信号转换为数字信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的各个模块之间通过如下具体方式进行连接:控制器的I/O 口与功率放大电路输入端相连，功率放大电路输出端与差动探头线圈的激励信号输入端相连，差动探头线圈感应信号输出端与信号处理电路的模拟信号输入端相连，信号处理电路的控制信号输入端与控制器的I/O 口相连，信号处理电路的模拟信号输出端与模拟多路开关输入端相连，模拟多路开关的输出端与模数转换器的模拟信号输入端相连，模数转换器的数字信号输出口与控制器数字接口相连。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率放大电路包括用于方波信号功率放大的数字反相器、用于限制所述差动线圈探头中激励线圈电流的限流电阻、用于调整激励线圈电压过冲的滤波电容以及用于激励线圈续流的续流二极管；其中数字反相器输出端串接限流电阻再接入差动探头线圈，滤波电容和续流二极管在限流电阻与差动探头线圈之间并联接地。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述差动线圈探头由第一检测线圈、第二检测线圈、激励线圈以及探头骨架组成，其中第一检测线圈、第二检测线圈在激励线圈两侧对称同轴设置，第一检测线圈设置在离检测表面近的一面，第一检测线圈、第二检测线圈的电气参数设置为完全一致，所述差动线圈探头的第一检测线圈、第二检测线圈、激励线圈均有起头和末头2个线头，共6个线头；其中激励线圈一端接功率放大电路出处端，另一端接地；第一检测线圈和第二检测线圈的一对同名端接入到信号处理电路的供电电源的中点电压平面，另一对同名端接入信号处理电路的输入端。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路由差动放大电路、低通滤波电路、放电电路、峰值保持电路、自放电电阻、开关放电电路、缓冲电路、滤波电路组成，其中差动放大器对第一检测线圈的感应信号和第二检测线圈的感应信号进行求差运算；低通滤波电路采用RC低通滤波方式去除高频干扰；放电电路对信号进一步放大；峰值保持电路由二极管和电容组成；自放电电阻和开关放电电路为峰值保持电路的电容提供两种放电回路，可以选用其中一种或者两种并联，开关放电电路由可通过控制器控制闭合和断开的控制开关以及电阻组成；缓冲电路采用运放放大器配置成增益为I的同相放大形式；滤波电路采用RC低通滤波方式使信号平滑。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，差动放大器的同相输入端和反相输入端分别与差动线圈探头的第一检测线圈和第二检测线圈的一对同名端相连，滤波电路输出端与模拟短路开关输入端相连，差动放大电路、低通滤波电路、放电电路、峰值保持电路、自放电电阻、开关放电电路、缓冲电路、滤波电路依次串联连接。
7.一种使用金属表面缺陷检测系统进行检测的方法，其特征在于，包括如下具体步骤: 通过控制器产生方波信号以及使信号处理电路中的开关放电电路的控制开关断开的控制信号；功率放大电路激发激励线圈在被测金属表面产生涡流效应；将差动线圈探头中的第一检测线圈和第二检测线圈产生感应信号通过信号处理电路进行做差、放大、滤波和峰值保持处理；输出直流电压信号；通过模拟多路开关输出到模数转换器进行Α/D转换，并由控制器读取数据，同时控制器停止产生方波信号；控制器产生使信号处理电路中的开关放电电路的控制开关闭合的控制信号，然后控制器输出数字化的检测数据；移动差动线圈探头的位置，重复上述过程，对被测金属表面进行扫描检测。
【专利摘要】本发明公开了一种金属表面缺陷检测系统及其检测方法，通过控制器产生方波信号以及发送给信号处理电路的控制信号；功率放大电路激发激励线圈在被测金属表面产生涡流效应；将差动线圈探头中的第一检测线圈和第二检测线圈产生感应信号通过信号处理电路进行做差、放大、滤波和峰值保持处理；输出直流电压信号；移动差动线圈探头的位置，重复上述过程，对被测金属表面进行扫描检测。本发明的金属表面缺陷检测系统及其检测方法能够对金属表面缺陷以较低的采样速度、较直观的检测结果进行检测，同时能够与漏磁检测方法进行集成复合检测，从而实现管道漏磁检测内外缺陷区分。
【IPC分类】G01N27-83, G01N27-90
【公开号】CN104820015
【申请号】CN201510232392
【发明人】熊鑫, 许振丰, 郑莉, 庞旭林, 高雯
【申请人】北京华航无线电测量研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月8日