一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置的制作方法

本发明涉及一种钢板裂纹检测方法，设计了一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置。提高了铁磁性钢板裂纹的检测精度和稳定性，属于无损检测领域。

背景技术：

近年来，随着我国工业化进程的不断推进，铁磁性板材在石油、石化、铁路、电力等领域得到了广泛应用。然而由于受到内外部介质腐蚀、设备本身应力腐蚀等原因，在使用过程中会出现裂纹、坑蚀、壁厚减薄等多种缺陷，给安全生产带来了隐患。漏磁检测技术作为无损检测技术的一种，在铁磁性材料的缺陷检测中得到了广泛应用。随着研究技术的不断深入，衍生出了低频交流漏磁检测技术。该技术通过测量缺陷处漏磁场的变化实现缺陷检测的目的，被用在钢板腐蚀检测及测厚检测中。

目前，低频漏磁检测多采用恒压源作为激励源，在使用过程中暴露出了很多弊端：

1）恒定激励电压作用下，当激励信号频率变化时，线圈中电流发生变化，从而引起励磁强度变化。而根据漏磁检测的原理，缺陷处也将引起漏磁强度变化。这样以来，将无法区分具体哪种因素造成了漏磁强度变化。另外，在研究频率变化对漏磁检测效果的影响时，需要在每次改变激励频率后，手动调节激励源输出电压幅度，以实现恒定电流激励，不仅操作繁琐，而且误差大，精度低；

2）检测带有防腐涂层的储罐底板时，提离值对检测结果影响较大，防腐层的喷涂不均造成了检测过程中检测线圈提离值出现较大波动。在电压源激励模式下，这种波动将带来激励电流的波动，降低了激励磁场和检测结果的稳定性。另外，激励电流受励磁线圈发热、检测现场环境温度变化等因素影响，恒压激励条件下电流不恒定，造成激励强度变化，影响检测结果的稳定性和精度。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置，克服了上述现有技术的不足，其可有效提高低频漏磁检测精度和稳定性。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置，包括参数设置软件（1）、fpga控制器（2）、高速da转换单元（3）、低通滤波单元（4）、幅度控制单元（5）、功率放大单元（6）、电流采样单元（7）、有效值转换单元（8）、ad采样单元（9）、电压采样分压单元（10）、12v电瓶组（11）、dc/dc升压模块（12）和报警单元（13）。

本发明提出的一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置是通过以下步骤实现的：

1）系统上电后，fpga控制器（2）通过ad转换单元（3）检测各路电源供电是否正常，如有故障，将启动报警单元（13）报警；

2）如检测通过，可通过上位机软件设置激励频率和激励电流，然后启动输出。fpga（2）收到有效设置和控制命令后，根据相应参数设置波形参数，并将波形输出送至高速da转换单元（3），再经过电流转电压电路，将fpga输出的并行波形数据转换成双极性的正弦波；

3）利用高阶椭圆滤波器（4）滤除高频干扰，之后利用数字电位器（5）对其分压，以调整输出电压大小；

4）再经过功率放大单元（6），提升信号功率驱动能力；

5）此信号加至激励线圈，便可在其上激励出较强幅度的激励磁场；

6）控制器利用电流采样单元（7）实时采集电流大小，并通过有效值转换单元（8）转换成直流电压信号；

7）nios控制器通过外部ad采集器（9）实时采集有效值转换单元的输出电压，并与设定值做差值，作为输入量输入至pid控制器；

8）经过计算，以数字电位器位置作为输出控制量，调节输出电压，以实现恒流调节与控制。

本发明具有以下优点：其输出频率和电流均可在调节范围内灵活调节，输出信号精度高、失真低、稳定性好。满足低频漏检测的特殊应用需求。

附图说明

图1是本发明的一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置结构框图。

图2是恒压和恒流激励结果的比较图。

具体实施方式

分别采用恒压源和恒流源作为低频漏磁检测激励源，针对裂纹缺陷试件(缺陷描述：长度5cm，宽度2mm，深度4mm)开展了低频交流漏磁检测实验。通过小幅度改变线圈提离值，模拟带有防腐涂层的钢板检测中涂层不均匀引起提离值变化的工况。研究两种检测方式下提离值小幅度变化对检测精度的影响：

（1）设定线圈初始提离值为3mm，设置激励源输出频率为25hz，电流为1a，启动恒流输出模式；

（2）在无缺陷处，利用检测线圈采集检测信号峰值及激励信号与检测信号的相位差，并存储数据；

（3）沿裂纹缺陷垂直方向移动激励线圈至缺陷正上方，利用检测线圈采集检测信号峰值及激励信号与检测信号的相位差，并存储数据；

（4）依次改变线圈提离值(1.5、2.0、2.5、3.5、4.0、4.5mm)，重复进行实验步骤（2）、（3），得到另外6组实验数据；

（5）重复设定线圈初始提离值为3mm，设置激励源输出频率为25hz，电压峰峰值为60v，启动恒压输出模式；

（6）重复实验步骤（2）～（4），得到恒压激励模式下的7组实验数据。

实验处理：以3mm提离值为参考(假定防腐涂层均匀处厚度为3mm)，对上述实验数据进行计算处理，得到如图2所示的曲线。曲线中横坐标描述了提离值的变化，纵坐标描述了缺陷处检测信号相比于3mm提离值无缺陷处测量值的电压变化率。结果表明：恒流源激励模式下，在提离值小幅度变化范围内，缺陷处检测电压幅值变化更明显。所以采用交流恒流激励源确实能起到提高低频交流漏磁检测的检测精度和稳定性。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于低频漏磁检测的交流恒流激励源装置，该装置采用增量型PID控制算法，以输出电流采样值为反馈量形成闭环反馈控制，通过动态调节幅度控制单元输出电压，实现对输出电流的闭环调节。选用线性大功率放大器，采用双运放差分放大方式设计了功率放大单元，有效提升了输出电压幅度和线性度。采用最小二乘法修正了输出电流，恒流源输出精度获得了提升。利用所研制恒流源开展了低频漏磁检测实验研究。实验结果表明：该恒流源输出稳定，调节精度高，线性度好，作为低频交流漏磁检测激励源，有效避免了因激励信号频率、提离值发生变化和线圈自身发热等因素所造成的激励电流改变，保证了激励磁场的稳定，有效提高低频漏磁检测精度和稳定性。

技术研发人员：沈常宇;丁泽宜;刘泽旭
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2018.11.22
技术公布日：2019.02.15