一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统的制作方法

1.本发明属于无损检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统。


背景技术：

2.无损检测技术主要涉及电、磁物理信息用于对被测物体的结构安全检测及评估，对试件的应力、疲劳以及裂纹的精准检测可对工业设备的长期可靠运行提供保障，避免产生潜在的安全风险。其中，磁扰动技术由于无额外激励的优势，通过检测线圈在高速情况下可以检测不同类型缺陷，包括亚表面缺陷和通孔；动生涡流技术，一般来说，永磁体对试件产生恒定向下的磁场，而当永磁体相对试件移动时，缺陷处改变的磁场会在试件中产生电场，从而引起电流。在这种情况下，虽然永磁体产生的磁场是恒定的，但当在移动时，它会产生一个改变的磁场。
3.磁扰动技术的原理如图1所示，通过控制探头高速运动，由于永磁体一直产生向下的磁场，在运动的状态下，永磁体内部磁场一直稳定分布，当遇到异常区域时，缺陷区域导致向下的磁场发生变化，进而影响永磁体内部磁场变化，利用外部线圈捕捉永磁体内部磁场的变化信息，此时通过接收线圈记录被测试件表面阻抗变化引起的电压值变化，并通过数据采集卡采集、传输至计算机进行分析和处理，便可判断出缺陷的位置信息，达到无损检测的目的。
4.动生涡流技术的原理如图2所示，当永磁体运动情况下遇到缺陷时，会产生时变的磁场，根据法拉第定律，由于时变磁场产生时变电场，从而产生涡流，根据楞次定律，感应电流总是在反抗引起感应电流的原因，即同时也会产生感应涡流相反的磁场阻碍初始磁场。利用阻碍初始磁场变换的动生涡流信息可以实现在低速情况下缺陷检测，此时通过永磁体下部接收线圈接收试件表面涡流变化信息，并记录被测试件表面阻抗变化引起的检测线圈电压值变化，通过数据采集卡采集、传输至计算机进行分析和处理，便可判断出缺陷的位置信息，达到无损检测的目的。
5.然而，它们在检测过程中存在各自的优劣势：磁扰动技术检测效率高、速度快，同时无需额外激励，功耗低，但低速情况下无法对缺陷进行检测，有速度限制，同时，仅限于铁磁性材料检测；动生涡流技可实现低速情况下缺陷检测，同样也无需额外激励，功耗低，对导体材料均可检测，但难以对亚表面缺陷检测。为了发挥其各自的优势并克服其各自的劣势，现有系统的上述问题亟待解决。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，通过在永磁体布置不同空间位置的接收线圈，分布式采集磁扰动和动生涡流信息，利用内外接收线圈对电压信号进行采集，并相互补充，实现低速或高速的无损检测，且功耗低，这样可极大提高系统的检测能力和效率。
7.为实现上述发明目的，本发明一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，其特征在于，包括：移动载体、基于磁扰动耦合动生涡流技术的复合探头、数据采集卡和数据处理终端；
8.所述移动载体用于承载复合探头，通过控制载体的行进速率来完成被测试件的扫描；
9.所述复合探头包括一个圆柱形永磁体、二个接收线圈；
10.其中，圆柱形永磁体的底部设置一个以圆心为中心的环形沟槽，环形沟槽的深度刚好放置内置的接收线圈；
11.二个接收线圈的尺寸不同，尺寸小的接收线圈作为内置接收线圈，内置于永磁体环形沟槽内，尺寸大的接收线圈作为外置接收线圈，固定在圆柱形永磁体的底部外侧；
12.所述数据采集卡用于采集接收线圈所接收到的电压并上传至数据处理终端；所述数据处理终端用于对数据采集卡采集到的电压信号进行分析处理，得到被测试件中的缺陷信息；
13.当检测系统扫查试件缺陷时，首先将搭载复合探头的移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体低速或高速移动来完成被测试件的缺陷检测；
14.其中，当控制移动载体低速移动时，圆柱形永磁体会在被测试件表面产生动生涡流，当被测试件存在缺陷时，缺陷区域会改变动生涡流的流动方向并在缺陷周围产生聚集效应，根据法拉第定律，被测试件表面的涡流变化会导致内置接收线圈中电压值变化，此处，数据采集卡采集内置接收线圈所接收到的电压信号并上传至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息；
15.当控制移动载体高速移动时，圆柱形永磁体在被测试件表面同时产生较大的动生涡流和磁动势，当遇到被测试件中的缺陷时，外置接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，同时内置接收线圈除获得动生涡流产生的电压变化外，也接收到永磁体底部磁扰动变化所产生的电压信号，然后通过数据采集卡记录内置接收线圈电压值的变化，并将电压信号传输至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息。
16.本发明的发明目的是这样实现的：
17.本发明一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，将搭载复合探头的移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体低速或高速移动来完成被测试件的缺陷检测；具体讲，由于圆柱形永磁体的高速移动，会产生较大的动生涡流效应和磁动势，当遇到缺陷时，外接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，内接收线圈除获得动生涡流产生的阻抗变化量外，也接收到永磁体底部产生磁扰动分量，通过数据采集卡记录接收线圈电压值的变化，并将电压信号传输至计算机进行分析和处理，从而判断出缺陷的位置和大小信息
18.同时，本发明一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统还具有以下有益效果：
19.(1)、在现有技术的基础上，接收磁扰动内线圈进行改进，将线圈嵌入永磁体内部，在高速情况下，内检测线圈可实现对动生涡流和磁扰动信息同时接收，信号灵敏度有较大提高，同时结合内外线圈检测结果，可实现对不同尺寸、类型缺陷进行检测，降低漏检率。
20.(2)、本发明同时融合了磁扰动技术和动生涡流技术，两种融合检测技术，是基于物理端的融合，并不是独立式的技术复合，这样通过本发明设计的一套系统可提高检测能
力，减少漏检，同时由于低功耗、不受速度限制等特点，解决传统复杂环境解决不了的问题。
附图说明
21.图1是传统磁扰动技术无损检测系统原理图；
22.图2是传统动生涡流技术无损检测系统原理图；
23.图3是一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统架构图；
24.图4是基于磁扰动耦合动生涡流技术的复合探头的立体图；
25.图5是被测试件示意图，其中，(a)是平板型被测试件示意图，(b)是转盘式被测试件示意图；
26.图6是平板型被测试件在低速检测后的结果图；
27.图7是转盘式被测试件在高速检测后的结果图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
29.实施例
30.图1是一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统架构图。
31.在本实施例中，本发明一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，包括：移动载体、基于磁扰动耦合动生涡流技术的复合探头、数据采集卡和数据处理终端；
32.在本实施例中，移动载体选用移动小车，用于承载复合探头，通过控制移动小车的行进速率来完成被测试件的扫描；
33.复合探头包括一个圆柱形永磁体、二个接收线圈；
34.其中，圆柱形永磁体的底部设置一个以圆心为中心的环形沟槽，环形沟槽的深度刚好放置内置的接收线圈；
35.二个接收线圈的尺寸不同，尺寸小的接收线圈作为内置接收线圈，内置于永磁体环形沟槽内，尺寸大的接收线圈作为外置接收线圈，固定在圆柱形永磁体的底部外侧；
36.在本实施例中，环形沟槽的内径为6mm、外径为8mm；外置接收线圈的内径为30mm；
37.数据采集卡用于采集接收线圈所接收到的电压并上传至数据处理终端；
38.数据处理终端用于对数据采集卡采集到的电压信号进行分析处理，得到被测试件中的缺陷信息；
39.当检测系统扫查试件缺陷时，首先将搭载复合探头的移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体低速或高速移动来完成被测试件的缺陷检测；
40.其中，当控制移动载体低速移动时，圆柱形永磁体会在被测试件表面产生动生涡流，当被测试件存在缺陷时，缺陷区域会改变动生涡流的流动方向并在缺陷周围产生聚集效应，根据法拉第定律，被测试件表面的涡流变化会导致内置接收线圈中电压值变化，此处，数据采集卡采集内置接收线圈所接收到的电压信号并上传至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息；
41.当控制移动载体高速移动时，圆柱形永磁体在被测试件表面同时产生较大的动生
涡流和磁动势，当遇到被测试件中的缺陷时，外置接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，同时内置接收线圈除获得动生涡流产生的电压变化外，也接收到永磁体底部磁扰动变化所产生的电压信号，然后通过数据采集卡记录内置接收线圈电压值的变化，并将电压信号传输至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息。
42.图4是基于磁扰动耦合动生涡流技术的复合探头的立体图。
43.在本实施例中，圆柱形永磁体结构的尺寸如图4所示，在圆柱形永磁体结构底部存在以圆心为中心位置的内径6mm、外径8mm的环形沟槽；外置接收线圈固定在永磁体外侧底部，线圈内径为30mm；第内置接收线圈固定在永磁体底部的环形沟槽。两个接收线圈分布在圆柱形永磁体底部外侧和内侧，外置接收线圈是接收永磁体内部磁场扰动变化及内线圈的阻抗变化，内置接收线圈是接收由于被测试件表面动生涡流阻抗变化所引起的电压信号变化，两个线圈采集的信号一并传输给数据采集卡。
44.在本实施例中，图5中的(a)是平板型被测试件示意图，图中被测试件为带有五个人工裂纹的平板型试件，材质为45#钢，小车移动速度为0.02m/s，方向在图中标注。其中，试件尺寸为500mm
×
20mm
×
10mm，五条人工裂纹深度均为4mm，宽度均为2mm，长度从裂纹1～5依次分别为20mm、18mm、16mm、14mm和12mm，缺陷相对位置在图中标注。复合探头放置于平板型被测试件上，通过匀速移动承载复合探头的移动小车。当移动小车移动至平板型被测试件的缺陷区域时，采集卡会实时记录接收线圈采集的阻抗信息，复合探头结构底部与平板型上表面垂直距离(提离)为2mm。
45.图5中的(b)是转盘式被测试件示意图，材质为45#钢，试件直径为200mm，厚度为6mm。六条人工裂纹长度均为40mm，宽度均为0.8mm，深度从裂纹1～6依次分别为6mm、5mm、4mm、2mm、1mm和0.5mm，缺陷相对位置在图中标注。复合探头放置于被测试件上方，通过控制直流电机进而调整转盘式被测试件的转速。以运动的转盘式被测试件作为参考，复合探头在做相对高速运动，当复合探头经过转盘式被测试件的缺陷区域时，采集卡会实时记录接收线圈采集的阻抗信息，复合探头底部与转盘式被测试件的上表面垂直距离(提离)为15mm，由于转盘速度较快，高提离主要是保证实验过程的安全性，也进一步说明复合探头实现高提离、低速到高速不同类型缺陷均可检测的特殊优势。
46.在本实施例中，平板型被测试件的检测结果如图6所示，裂纹区域在图中标注。可以看出，有裂纹处，内线圈检测结果有明显的信号特征变化，在低速情况下，此时动生涡流发挥作用，同时由于内外线圈存在互感效应，外线圈电压信号也会发生变化，且缺陷信息与信号一一对应。
47.在本实施例中，转盘式被测试件的检测结果如图7所示，裂纹区域在图中标注。可以看出，有裂纹处，内线圈检测结果有明显的信号特征变化，在高速情况下，此时磁扰动和动生涡流同时发挥作用，线圈接收的复合信号相较于单一技术会更强，但由于探头距离试件距离为15mm，会造成一部分磁场信息会在在空气传播过程消耗，导致最终接收的信号削弱，但是不影响最终检测结果，此时外线圈由于受内线圈互感影响，，外线圈接收的电压信号也会发生变化，且缺陷信息与信号一一对应。总体说明对上述两种试件都具有良好的检测效果。
48.综述所述，由于探头移动速度较低，永磁体产生的磁场扰动量较小，主要永磁体在
试件上产生动生涡流，当被测试件存在缺陷时，会影响缺陷区域的动生涡流的流动方向，并在缺陷区域产生聚集效应，根据法拉第定律，被测试件表面的阻抗变化会导致第二个接收线圈中电压值变化。当探头移动速度提高时，此时，由于永磁体的高速移动，会产生较大的动生涡流效应，同时也会产生较大的磁动势，当遇到缺陷时，第一个接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，第二个线圈除获得动生涡流产生的阻抗变化量外，也接收到永磁体底部产生磁扰动分量，通过数据采集卡记录接收线圈电压值的变化，并将电压信号传输至计算机进行分析和处理，从而判断出缺陷的位置和大小信息。此实验流程同样适用于高速情况下的测试流程，以此达到无损检测的目的。
49.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

技术特征：
1.一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，其特征在于，包括：移动载体、基于磁扰动耦合动生涡流技术的复合探头、数据采集卡和数据处理终端；所述移动载体用于承载复合探头，通过控制移动载体的行进速率来完成被测试件的扫描；所述复合探头包括一个圆柱形永磁体、二个接收线圈；其中，圆柱形永磁体的底部设置一个以圆心为中心的环形沟槽，环形沟槽的深度刚好放置内置的接收线圈；二个接收线圈的尺寸不同，尺寸小的接收线圈作为内置接收线圈，内置于永磁体环形沟槽内，尺寸大的接收线圈作为外置接收线圈，固定在圆柱形永磁体的底部外侧；所述数据采集卡用于采集接收线圈所接收到的电压并上传至数据处理终端；所述数据处理终端用于对数据采集卡采集到的电压信号进行分析处理，得到被测试件中的缺陷信息；当检测系统扫查试件缺陷时，首先将搭载复合探头的移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体低速或高速移动来完成被测试件的缺陷检测；其中，当控制移动载体低速移动时，圆柱形永磁体会在被测试件表面产生动生涡流，当被测试件存在缺陷时，缺陷区域会改变动生涡流的流动方向并在缺陷周围产生聚集效应，根据法拉第定律，被测试件表面的涡流变化会导致内置接收线圈中电压值变化，此处，数据采集卡采集内置接收线圈所接收到的电压信号并上传至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息；当控制移动载体高速移动时，圆柱形永磁体在被测试件表面同时产生较大的动生涡流和磁动势，当遇到被测试件中的缺陷时，外置接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，同时内置接收线圈除获得动生涡流产生的电压变化外，也接收到永磁体底部磁扰动变化所产生的电压信号，然后通过数据采集卡采集两个接收线圈的信号并传输至数据处理终端，数据处理终端通过数据分析及处理后，判断出缺陷的位置和大小信息。

技术总结
本发明公开了一种磁扰动耦合动生涡流技术的检测系统，将搭载复合探头的移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体低速或高速移动来完成被测试件的缺陷检测；具体讲，由于圆柱形永磁体的高速移动，会产生较大的动生涡流效应和磁动势，当遇到缺陷时，外接收线圈会捕捉永磁体内部磁扰动的变化量，内接收线圈除获得动生涡流产生的阻抗变化量外，也接收到永磁体底部产生磁扰动分量，通过数据采集卡记录接收线圈电压值的变化，并将电压信号传输至计算机进行分析和处理，从而判断出缺陷的位置和大小信息。和大小信息。和大小信息。


技术研发人员：汝改革 高斌 唐琴 薛淞文 谌梁 鲁鹏 唐超 陈帅 袁明蛟 罗飞 姜世强 张勇
受保护的技术使用者：四川德源管道科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/16