基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法
【技术领域】
[0001]本发明主要通过对探头和传感器结构的改进来进行信号分离的研究，故涉及了无损检测和测试技术领域。
【背景技术】
[0002]随着世界工业的快速发展，管道在石油化工、煤矿行业、海洋工程等各个领域有着广泛的应用，已经成为现代工业中不可缺少的部分。但随着管道的服役时间越来越长，管道会具有一定的安全隐患，而发生的主要因素是管道腐蚀和磨损。因此，检测管道的腐蚀、磨损情况及评价管道系统的可靠性和使用寿命，是避免管道事故发生的重要的手段之一。在对管道的检测方法一般有射线、超声、漏磁和涡流检测等检测技术；然而超声需要耦合剂，射线需要放射源，漏磁检测时需要磁饱和装置，这些某种程度上都限制了检测技术在管道检测的发展。脉冲涡流作为一种新型的检测技术，因其具有很宽的频谱，只需一次扫描就能分析被测试件不同深度的缺陷，具有穿透深度强、包含信息丰富等特点，因此对管道等铁磁性构件的检测具有一定的优势。
【发明内容】
[0003]本发明是针对铁磁性材料的脉冲涡流检测中存在涡流信号和漏磁信号的特点，采用矩形探头作为检测探头，设计了置有霍尔传感器PCB板，分别检测不同区域，设置了磁屏蔽，以此来区分涡流信号和漏磁信号，丰富了缺陷定量的手段。
[0004]—种基于矩形差分探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，主要包括以下方面:
[0005](I)构建检测系统:
[0006]搭建检测的实验平台，将矩形探头水平放置在被测试件的正上方，提离保持为Imm,将检测探头的激励部分连接经过放大的脉冲信号，将PCB板..上的霍尔传感器连接后续的信号调理电路；
[0007](2)设计了矩形差分式和绝对式探头进行检测
[0008](3)制作了霍尔传感器的PCB线路板；
[0009](4)设计相应的信号发生和调理电路；
[0010](5)优化了检测缺陷和探头轴线之间的角度。
[0011]所述矩形差分探头放置方式如下:探头水平放置在被测试件正上方，探头的中心轴线与试件轴线保持平行，提离值为1mm。
[0012]所述的检测系统检测缺陷的步骤如下:当检测为脉冲涡流检测模式时，矩形差分探头放置在缺陷处时，缺陷处电涡流发生扰动，进而引起感生的二次磁场的变化，而传感器所测信号为激励场的一次磁场和二次磁场叠加；当检测我脉冲漏磁检测模式时，矩形探头由于在中心处能产生垂直于缺陷的磁场分量，这时就会有磁场的泄露，霍尔传感器能捕获到涡流磁场和漏磁场的变化，并将磁场值转化为电压值的形式，经过后续的放大、滤波、去噪等处理，由示波器显示信号并通过数据采集卡输入到计算机进行后续的处理。
[0013]本发明的主要技术特点有:
[0014](I)本发明的设计的是矩形检测探头，区别于常规的圆柱形探头，该探头能产生方向性较好的涡流和磁场强度，有利于缺陷的检测。
[0015](2)本发明是采用三个霍尔传感器对信号差分检测和直接检测的技术，两个霍尔传感器对称分布在检测探头两端，分别检测有、无缺陷信号，对应的是涡流信号，中间的传感器检测的是漏磁信号。
[0016](3)本发明设计了铝制的磁屏蔽罩来屏蔽高频涡流信号，进行对漏磁信号的保护。
[0017](4)本发明采取了缺陷和矩形探头轴线呈45°来进行检测，在此情况下检测效果最佳。
[0018](5)本发明选取磁场的Y分量作为检测信号的特征量，相比常规选取磁场Z分量，磁场Y分量的强度值更大。
【附图说明】
[0019]图1是矩形探头脉冲涡流检测示意图。
[0020]图2是霍尔传感器的PCB图。
[0021]图3是带屏蔽罩的霍尔传感器PCB的截面图。
[0022]图4是矩形探头脉冲涡流信号分离工作模式图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0024]首先，搭建如图1所示的实验平台。调节直流电源合适的电压输入到方波发生电路，产生频率可调的方波，通过功率放大器把微弱的信号进行放大，放大后的信号进入矩形差分探头上所绕制的激励线圈，激励线圈本身会产生一次磁场；当矩形差分探头(2)水平放置在试件(I)上时，试件内部涡流产生的二次磁场和一次磁场发生耦合，当遇到缺陷(3)时，涡流密度和分布发生改变，进而耦合的磁场发生扰动，通过霍尔传感器来检测到这种变化量；试件内部涡流由于缺陷(3)会引起磁感应强度值的变化，通过置于PCB板(4)两侧的霍尔传感器(5)、(7)来分别检测无缺陷处和缺陷(3)时的磁场，霍尔传感器(6)检测缺陷中间处的磁场。为了消除涡流磁场对漏磁的干扰，在霍尔传感器(6)处设置铝制的磁屏蔽罩(8)，来屏蔽高频的涡流磁场。当缺陷(3)和矩形探头(4)轴线呈45°时，具有最佳的检测效果，由矩形探头的对称性，缺陷(10)、(14)呈90°时可进行检测，霍尔传感器(5)、(7)可对应于缺陷(10)上检测点(9)、(13)处，也可以对应于缺陷(14)上检测点(11)、(15)处，此时检测的信号形成差分，对应涡流信号；霍尔传感器(6)对应于缺陷(10)、(14)上的检测点(12)处，所检测的为漏磁信号，从而通过不同传感器输出的信号能够成功分离出涡流和漏磁信号。把霍尔传感器(5)、(6)、(7)接入后续的电路，为了消除高频噪声信号，有必要对其进行低通滤波处理，其原因是涡流中低频成分对于缺陷的检测起主要作用和滤除高频噪声，后续的信号进入信号调理电路进行调理，调理后的信号波形显示在示波器上。数据采集卡一端负责采集产生的矩形脉冲信号，另一端负责对调理后的信号进行采集并输入电脑，把数据引入MATLAB进行分析和处理，进行缺陷的识别与定量分析，通过以上两种不同检测模式的运行，能够成功分离出检测中的涡流和漏磁信号。
[0025]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，包括如下特征:信号发生模块、激励线圈模块、传感器模块、信号处理模块、信号采集模块等。系统具体运行流程为矩形探头(2)水平放置在被测试件(I)上，并使矩形探头(2)的激励线圈连接放大器，PCB板(4)水平嵌入矩形探头(2)两端的槽内，检测时使得PCB板(4)的霍尔传感器正对着缺陷(3)。2.按照权利要求1所述基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，其特征在于:PCB (4)的长度和宽度和矩形探头(2)相一致，其水平嵌套入矩形探头内，保持PCB (4)和矩形探头(2)之间的精密度。3.按照权利要求1所述基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，其特征在于:矩形探头⑵水平放置在试件⑴上，它们之间的间隙不超过1mm，检测时使PCB(4)上的霍尔传感器正对着缺陷(3)。4.按照权利要求1所述基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，其特征在于:PCB板(4)从左边到右边依次布置三个霍尔传感器(5)、(6), (7)，三个霍尔传感器之间的间隔一致，霍尔传感器(5)和(7)在PCB(4)板两端，霍尔传感器(6)在板的中间位置，设计了磁屏蔽罩⑶。5.按照权利要求1所述基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，其特征在于:当检测系统处于工作模式中，缺陷(3)应该与矩形探头(2)轴线呈45°有最佳的检测效果，缺陷(10)、(14)之间呈90°能满足检测要求。6.按照权利要求1所述基于矩形探头的脉冲涡流检测硬件分离方法，其特征在于:霍尔传感器(5)、(7)对应缺陷(10)上检测点(9)、(13)或对应缺陷(14)上检测点(11)、(15)，霍尔传感器(6)对应检测点(12)。
【专利摘要】本发明提供了一种能够有效分离涡流信号和漏磁信号的矩形探头脉冲涡流检测的硬件方法，尤其是对于铁磁性材料的检测显示其优越性。本方法主要是对探头的结构设计和传感器的布置做出了一些改进，主要通过不同方位传感器和屏蔽罩的设置使铁磁性材料中的涡流和漏磁信号得以有效分离，使得检测信号能够反映更多缺陷的信息，极大地利用了脉冲涡流频谱宽的优势。本系统主要包括了信号发生模块、激励线圈模块、传感器模块、信号处理模块、信号采集模块等。
【IPC分类】G01N27/90
【公开号】CN105067701
【申请号】CN201510448415
【发明人】周德强, 王俊, 潘萌, 赵健, 杜阳
【申请人】江南大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月27日