基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于矩形差分探頭脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)，主要包括了方波發(fā)生器、功率放大器、霍爾傳感器、低通濾波器、信號調(diào)理模塊、信號采集模塊和自主設(shè)計的矩形差分檢測探頭。通過實驗所得信號波形表明，該探頭能有效提高非鐵磁性構(gòu)件和鐵磁性構(gòu)件缺陷檢測的靈敏度。
【專利說明】基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明通過對矩形差分探頭加載激勵脈沖電流對鐵板和鋁板的檢測，對常規(guī)的脈沖渦流探頭和傳感器做出了一些改進，該發(fā)明涉及了無損檢測及測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】:隨著世界工業(yè)的快速發(fā)展，管道在石油化工、煤礦行業(yè)、海洋工程等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的部分。但隨著管道的服役時間越來越長，管道會具有一定的安全隱患，而發(fā)生的主要因素是管道腐蝕和磨損。因此，檢測管道的腐蝕、磨損情況及評價管道系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，是避免管道事故發(fā)生的重要的手段之一。在對管道的檢測方法一般有射線、超聲、漏磁和渦流檢測等檢測技術(shù)；然而超聲需要耦合劑，射線需要放射源，漏磁檢測時需要磁飽和裝置，這些某種程度上都限制了檢測技術(shù)在管道檢測的發(fā)展。脈沖渦流作為一種新型的檢測技術(shù)，因其具有很寬的頻譜，只需一次掃描就能分析被測試件不同深度的缺陷，具有穿透深度強、包含信息豐富等特點，因此對管道等鐵磁性構(gòu)件的檢測具有一定的優(yōu)勢。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:該發(fā)明主要是針對普通圓柱形檢測探頭脈沖渦流在鐵磁性構(gòu)件中檢測效果不佳、信號不理想的問題，設(shè)計的一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，該探頭不僅能有效提高鐵磁性構(gòu)件檢測信號的靈敏度，而且對非鐵磁性構(gòu)件同樣具有較好的檢測效果。
[0004]一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，主要包括以下方面:
[0005](I)搭建檢測的實驗平臺，將矩形檢測探頭水平放置在被測試件的正上方，提離為1_，將檢測探頭的激勵部分連接經(jīng)過放大的脈沖信號，并將兩個霍爾傳感器連接后續(xù)的信號調(diào)理電路。
[0006](2)為了獲得較好的檢測效果，設(shè)計了矩形差分式探頭；
[0007](3)采取了一種新的探頭放置方式；
[0008](4)設(shè)計相應(yīng)的信號發(fā)生和調(diào)理電路；
[0009](5)示波器和計算機同步顯示信號。
[0010]所述矩形差分探頭放置方式如下:探頭水平放置在被測試件正上方，探頭的中心軸線與試件軸線保持平行，提離值為1mm。
[0011]所述的檢測系統(tǒng)檢測缺陷的步驟如下:矩形差分探頭放置在缺陷處時，缺陷處電渦流發(fā)生擾動，進而引起感生的二次磁場的變化，而傳感器所測信號為激勵場的一次磁場和二次磁場疊加；霍爾傳感器能捕獲這一變化，并將磁場值轉(zhuǎn)化為電壓值的形式，經(jīng)過后續(xù)的放大、濾波、去噪等處理，由示波器顯示信號并通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機進行后續(xù)的處理。
[0012]本發(fā)明的主要技術(shù)特點有:
[0013](I)本發(fā)明的設(shè)計的是矩形檢測探頭，區(qū)別于常規(guī)的圓柱形探頭，該探頭能產(chǎn)生方向性較好的渦流和磁場強度，有利于缺陷的檢測。
[0014](2)本發(fā)明是采用兩個霍爾傳感器對信號直接差分的技術(shù)，兩個霍爾傳感器對稱分布在檢測探頭兩端，分別檢測有、無缺陷信號。
[0015](3)本發(fā)明的檢測探頭采取一種新的放置方式，探頭呈水平放置式，探頭的中心軸線與試件軸線保持平行，并放置于缺陷的正上方。
[0016](4)產(chǎn)生了一種新的渦流傳播方向，以往探頭采用的是豎直放置，產(chǎn)生的是從
[0017](5)試件表面到亞表面不斷衰減的渦流，而本發(fā)明采取的探頭放置方式產(chǎn)生的是由檢測處向試件兩端沿其軸線衰減的渦流。
[0018](6)同步顯示矩形差分檢測探頭和常規(guī)探頭所輸出的檢測信號，并對它們進行分析和對比。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】:圖1矩形差分探頭檢測系統(tǒng)流程圖。
[0020]圖2霍爾傳感器在PCB中示意圖。
[0021]圖3試件內(nèi)部渦流的磁力線分布圖。
[0022]圖4是方波發(fā)生電路。
[0023]圖5功率放大電路。
[0024]圖6是低通濾波電路。
[0025]圖7是{目號調(diào)理電路。
[0026]圖8是鐵板缺陷檢測信號波形。
[0027]圖9是鋁板缺陷的檢測信號波形。

【具體實施方式】
:
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步說明。
[0029]首先，搭建如圖1所示的實驗平臺。調(diào)節(jié)直流電源合適的電壓輸入到方波發(fā)生電路，產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波，通過功率放大器把微弱的信號進行放大，放大后的信號進入矩形差分探頭上所繞制的激勵線圈，激勵線圈本身會產(chǎn)生一次磁場；當(dāng)矩形差分探頭I水平放置在試件2上時，試件內(nèi)部渦流產(chǎn)生的二次磁場和一次磁場發(fā)生耦合，當(dāng)遇到缺陷3時，渦流密度和分布發(fā)生改變，進而耦合的磁場發(fā)生擾動，通過霍爾傳感器來檢測到這種變化量；試件內(nèi)部渦流由于缺陷3會改變磁力線7上各個點對應(yīng)的磁感應(yīng)強度值，其中缺陷正上方9處磁場變化最為明顯，而無缺陷處附近的磁場值幾乎不變，通過置于PCB板4兩側(cè)的霍爾傳感器5、6來分別檢測無缺陷處8和缺陷正上方處9時的磁場；該檢測信號相對常規(guī)檢測能產(chǎn)生較高的信號幅值，因為8處和9處的沿豎直方向磁場方向相反，經(jīng)過差分后能產(chǎn)生的信號幅值高于一般差分探頭所檢測的信號。為了消除高頻噪聲信號，有必要對其進行低通濾波處理，其原因是渦流中低頻成分對于缺陷的檢測起主要作用和濾除高頻噪聲，后續(xù)的信號進入信號調(diào)理電路進行調(diào)理，調(diào)理后的信號波形顯示在示波器上。數(shù)據(jù)采集卡一端負責(zé)采集產(chǎn)生的矩形脈沖信號，另一端負責(zé)對調(diào)理后的信號進行采集并輸入電腦，把數(shù)據(jù)引入MATLAB進行分析和處理，進行缺陷的識別與定量分析。
[0030]圖2是霍爾傳感器的PCB布置圖，霍爾傳感器對稱分布在兩側(cè)，所制成的PCB安裝在矩形差分探頭的下側(cè)。
[0031]圖3是試件內(nèi)部渦流產(chǎn)生的磁力線分布圖，可以看出在磁力線的有無缺陷兩處磁場方向的分布。
[0032]圖4的電路用于產(chǎn)生脈沖矩形波，圖5的電路對其進行放大，圖6的電路是對檢測的信號進行低通濾波處理，圖7的電路是對信號作進一步的調(diào)理。
[0033]圖8和圖9分別是鐵板和鋁板的缺陷檢測信號波形，可以看出該矩形差分探頭對于鐵板不同深度的缺陷能夠很好的檢測出，不同缺陷深度信號區(qū)分明顯，對于鋁板的檢測效果同樣較好。
[0034]信號從產(chǎn)生到調(diào)理的具體過程為:
[0035]本系統(tǒng)信號發(fā)生模塊采用矩形脈沖作為激勵源，由ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器和UA741電壓跟隨器組成占空比和頻率均可調(diào)的信號發(fā)生電路，如圖4所示調(diào)節(jié)電阻R13可調(diào)節(jié)輸出方波信號的占空比，調(diào)節(jié)電阻R14可調(diào)節(jié)輸出方波信號的頻率，調(diào)節(jié)電阻R2tl可調(diào)整輸出方波信號的幅度。方波信號選擇0PA548芯片作為放大芯片，其具有低功耗、大電流、輸出電壓高等優(yōu)點，可以用來驅(qū)動各種負載，芯片集成度非常高，功率放大倍數(shù)等于i+r16/R15,通過調(diào)節(jié)可變電阻器R16即可改變功率放大倍數(shù)。所采用的濾波器是二階有源低通濾波器，所的選取Ri =民=R^C1 = C2 = C,選定電容C = InF,電阻R = 1K Ω根據(jù)公式f =1/2 RC得到通帶截止頻率為15KHz，使高于頻率15KHz的噪聲信號成分被完全過濾。濾波后的信號還很微弱，需要進一步的放大以易于觀察，選擇使用AD620放大芯片作為核心芯片信號調(diào)理環(huán)節(jié)的放大電路，該電路有兩個功能，其一是在芯片的輸入端設(shè)計了一個高通濾波器，主要作用是濾除電路自帶的直流分量；其二是微弱信號放大電路，電壓放大倍數(shù)等于1+49.4/R4，通過調(diào)節(jié)電阻R4的大小改變電壓放大倍數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于矩形差分探頭脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)，其特征包括如下步驟: (1)檢測系統(tǒng)實驗平臺的搭建，檢測探頭置于試件缺陷處的上方，激勵線圈和霍爾傳感器分別與功率放大器和低通濾波器相連； (2)設(shè)計矩形差分式探頭和霍爾傳感器的PCB形式； (3)采用了一種新的探頭放置方式； (4)設(shè)計相應(yīng)的信號發(fā)生和調(diào)理電路； (5)示波器和計算機同步顯示信號； (6)當(dāng)矩形差分探頭放置在缺陷處時，PCB上的左側(cè)霍爾傳感器正對無缺陷的地方，右側(cè)對的霍爾傳感器正對缺陷處，會產(chǎn)生參考信號和缺陷信號，獲得的兩個信號經(jīng)過低通濾波和差分放大，得到理想的檢測信號。示波器和計算機同步對信號的顯示和分析、處理，實現(xiàn)缺陷的識別和定量分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，其特征在于:探頭放置在缺陷處并與試件的保持1_的提離值，檢測探頭下端的右側(cè)霍爾傳感器正對缺陷處，而左側(cè)霍爾傳感器對應(yīng)無缺陷處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，其特征在于:探頭的幾何形狀為矩形，區(qū)于常規(guī)的圓柱型探頭，該探頭能產(chǎn)生方向性較好的渦流和磁場強度，霍爾傳感器焊接在PCB上，并對稱布置在探頭的左右兩側(cè)來檢測有無缺陷的磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，其特征在于:檢測探頭的放置方式為水平放置，產(chǎn)生的是由檢測處向試件兩端沿其軸線衰減的渦流，對于縱向缺陷有很好的檢測效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，其特征在于:由ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器和UA741電壓跟隨器組成占空比和頻率均可調(diào)的信號發(fā)生電路，信號功率放大選擇0PA548芯片作為放大芯片，所采用的濾波器是二階有源低通濾波器，選擇使用AD620放大芯片作為核心芯片信號調(diào)理環(huán)節(jié)的放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于矩形差分探頭的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，其特征在于:示波器同步顯示矩形差分探頭和常規(guī)探頭的檢測信號，對比這兩種信號的差異，檢測信號通過數(shù)據(jù)采集卡進入計算機，在MATLAB中進行分析和處理。
【文檔編號】G01N27/90GK104297338SQ201410605873
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】周德強, 王俊, 吳佳龍, 潘萌, 杜陽 申請人:江南大學(xué)