專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼板厚度的測(cè)量方法，尤其是涉及一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，特殊環(huán)境下鋼板或鋼管厚度的檢測(cè)得到了越來(lái)越多的重視，這些鋼板或鋼管的特點(diǎn)是不便于進(jìn)行兩側(cè)測(cè)量。以鋼管的厚度測(cè)量為例，由于測(cè)量時(shí)不能接觸到鋼管的內(nèi)表面，因此無(wú)法用千分尺、游標(biāo)卡尺等器具測(cè)量。針對(duì)這類(lèi)鋼管難于測(cè)厚的問(wèn)題，人們發(fā)明了壓電超聲測(cè)厚儀。這種檢測(cè)儀器具有制造工藝簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但是存在明顯的不足，例如需要添加耦合劑，且要對(duì)其表面進(jìn)行清潔、打磨等預(yù)處理。由于壓電超聲測(cè)厚儀的這些限制，人們發(fā)明了電磁超聲換能器，并逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利CN101701809A所公開(kāi)的一種電磁超聲測(cè)厚儀及其測(cè)量方法主要由微控制器、發(fā)射電路、電磁超聲探頭、接收開(kāi)關(guān)、調(diào)理電路、回波處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和鍵盤(pán)組成，利用電磁感應(yīng)的原理，直接在被檢測(cè)物內(nèi)激發(fā)超聲波，具有非接觸、無(wú)需耦合劑等優(yōu)點(diǎn)。 但為了激發(fā)出電磁超聲，需要發(fā)射電路產(chǎn)生大功率超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸出電壓為500 IOOOVo中國(guó)專(zhuān)利CN^52049Y公開(kāi)的鐵材測(cè)厚儀提供了一種厚度檢測(cè)方法，它是利用漏磁場(chǎng)的原理來(lái)測(cè)量鐵磁材料的厚度。該裝置主要由傳感器、檢測(cè)電路和表頭組成。傳感器是在“U”形鐵芯的兩臂分別嵌設(shè)磁鐵和霍爾元件。當(dāng)鐵芯緊貼在被測(cè)材料表面時(shí)，磁鐵的磁力線經(jīng)“U”形鐵芯、被測(cè)材料作用于霍爾元件。磁鐵采用強(qiáng)磁磁鐵，使被測(cè)材料達(dá)到磁飽和，其厚度就決定了可通過(guò)的磁力線多少，根據(jù)霍爾元件的輸出電壓，來(lái)間接測(cè)出被測(cè)材料的厚度。因?yàn)樾枰獙㈣F心緊貼于被測(cè)物表面來(lái)磁化被測(cè)材料，所以當(dāng)被測(cè)物上覆蓋有生銹、 沙塵、油漬等非導(dǎo)磁物質(zhì)或表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，鐵心無(wú)法與被測(cè)物充分的接觸，將會(huì)產(chǎn)生一定的提離值，因此其測(cè)量結(jié)果將會(huì)受到明顯影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有驅(qū)動(dòng)電壓低、受被測(cè)物上非導(dǎo)磁覆蓋層影響小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量快捷方便、非接觸式測(cè)量等特點(diǎn)的利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法。本發(fā)明包括以下步驟1)取至少2個(gè)與待測(cè)部件相同材質(zhì)的試樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件；2)將一對(duì)并排放置的激勵(lì)繞組線圈垂直置于試樣表面，激勵(lì)繞組線圈由信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)，并按設(shè)定的提離值，將激勵(lì)繞組線圈下的試樣磁化至飽和狀態(tài)，在激勵(lì)繞組線圈的磁化作用下，激勵(lì)繞組線圈的磁極與試樣之間的氣隙中將會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)；3)將檢測(cè)元件置于2個(gè)激勵(lì)繞組線圈中間，并按設(shè)定的提離值，測(cè)量步驟2)所述漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度；
4)對(duì)檢測(cè)元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，濾除或抑制輸出信號(hào)中的噪聲， 將處理后的數(shù)據(jù)送入信息處理系統(tǒng)，分析得到漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)變化的連續(xù)二維曲線；5)分別計(jì)算出步驟4)所得的連續(xù)二維曲線的拐點(diǎn)，以及該拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息Mx ；6)用信息處理系統(tǒng)將步驟5)得到的信號(hào)發(fā)生器的激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度數(shù)據(jù)Mx處理成以該數(shù)據(jù)Mx為變量的鋼板厚度H的函數(shù)表達(dá)式，即確定了鋼板厚度的量化公式為H = aMx2+bMx+c，式中a為二次項(xiàng)系數(shù)，b為一次項(xiàng)系數(shù)，c為偏移量；7)實(shí)際測(cè)量時(shí)，按步驟幻將被檢測(cè)部件磁化至飽和狀態(tài)，按步驟幻獲得被測(cè)部件的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度，按步驟4)得到連續(xù)的二維漏磁場(chǎng)曲線，按步驟幻得到拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息Mx，將該數(shù)據(jù)代入步驟6)得到的厚度量化公式，即可確定被檢測(cè)部件的厚度。在步驟幻中，所述信號(hào)發(fā)生器可為任意波形信號(hào)發(fā)生器。所述信號(hào)發(fā)生器最好為鋸齒波發(fā)生器，所述鋸齒波可以是正斜率，也可以是負(fù)斜率；所述提離值可為0. 5 5mm。在步驟幻中，所述檢測(cè)元件可為磁敏感元件等。在步驟4)中，所述噪聲包括輸出信號(hào)中的隨機(jī)噪聲和背景噪聲；所述信息處理系統(tǒng)可為單片機(jī)、DSP或PC機(jī)等。本發(fā)明利用漏磁場(chǎng)對(duì)激勵(lì)磁場(chǎng)的響應(yīng)特征，根據(jù)簡(jiǎn)單的算法實(shí)現(xiàn)鋼板厚度的量化。由于本發(fā)明中的激勵(lì)磁場(chǎng)只對(duì)磁性材料有作用，因此不受被測(cè)物上所覆蓋的各種非導(dǎo)磁物質(zhì)(生銹、沙塵、油漬等)的影響，無(wú)需對(duì)被測(cè)物的表面進(jìn)行清理。另外，本發(fā)明由于以漏磁場(chǎng)的拐點(diǎn)為變量測(cè)量厚度，因此檢測(cè)元件提離值的小波動(dòng)對(duì)拐點(diǎn)值的影響較小，能有效地消除檢測(cè)元件提離值的誤差(由被測(cè)表面不平整或檢測(cè)元件自身定位引起的)對(duì)測(cè)量精度的影響。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量快捷方便、非接觸式測(cè)量等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的漏磁場(chǎng)法測(cè)量鋼板厚度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的漏磁場(chǎng)法測(cè)量鋼板厚度的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供的檢測(cè)方法。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例的漏磁場(chǎng)法測(cè)量鋼板厚度系統(tǒng)設(shè)有激勵(lì)繞組線圈1、檢測(cè)元件2、信號(hào)處理器3、A/D轉(zhuǎn)換單元4、信息預(yù)處理系統(tǒng)5、數(shù)字顯示器6和任意波形信號(hào)發(fā)生器7。任意波形信號(hào)發(fā)生器7由信息處理系統(tǒng)5進(jìn)行控制，激勵(lì)繞組線圈1接至任意波形信號(hào)發(fā)生器7的輸出，檢測(cè)元件2的輸出接至信號(hào)處理器3的輸入，信號(hào)處理器3的輸出接至A/D轉(zhuǎn)換單元4的輸入，A/D轉(zhuǎn)換單元4的輸出接至信息處理系統(tǒng)5，信息處理系統(tǒng)的輸出接至數(shù)字顯示器6，信息處理系統(tǒng)5的控制信號(hào)輸出分別接至信號(hào)處理器3、A/D轉(zhuǎn)換單元4和任意波形信號(hào)發(fā)生器7。信號(hào)處理器3對(duì)檢測(cè)元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理， 濾除或抑制輸出信號(hào)的隨機(jī)噪聲和背景噪聲；信息處理系統(tǒng)對(duì)漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨任意波形信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)變化的連續(xù)二維曲線進(jìn)行計(jì)算，并確定其拐點(diǎn)和厚度量化公式；數(shù)字顯示器用于顯示被測(cè)鋼板的厚度。參見(jiàn)圖2，本檢測(cè)方法的原理為當(dāng)用激勵(lì)繞組線圈對(duì)鐵磁材料進(jìn)行飽和磁化時(shí)， 激勵(lì)繞組線圈與鐵磁材料之間的間隙將會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。根據(jù)鐵磁材料磁化曲線的特征可得所測(cè)漏磁場(chǎng)與磁化場(chǎng)之間的關(guān)系可由一條曲線表示，且存在唯一拐點(diǎn)。該拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)磁化場(chǎng)強(qiáng)度與鐵磁材料的厚度存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此可通過(guò)該拐點(diǎn)來(lái)測(cè)量鐵磁材料10的厚度。檢測(cè)單元包括激勵(lì)繞組線圈1、1’，檢測(cè)元件2，線圈鐵芯9、9’，鐵芯連接板8。線圈鐵芯9、9’置于激勵(lì)繞組線圈1、1’內(nèi)腔，檢測(cè)單元2置于激勵(lì)繞組線圈1、1’中間。并通過(guò)鐵芯連接板8將激勵(lì)繞組線圈1、1’，檢測(cè)元件2，線圈鐵芯9、9’固定連接為一體。HpH2分別為激勵(lì)繞組線圈與檢測(cè)元件的提離值。以下給出具體實(shí)施例在進(jìn)行實(shí)際測(cè)厚前，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)厚實(shí)驗(yàn)?？扇?0個(gè)與待測(cè)鋼板同材質(zhì)的試樣， 其長(zhǎng)度均為300mm，寬度均為300mm，厚度分別為5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、；35讓、 40mm、45mm、50mm。再將激勵(lì)繞組線圈以2mm的提離值放置在鋼板表面上，并由信息處理系統(tǒng)控制波形發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)激勵(lì)該線圈，將試樣的局部逐漸磁化至飽和狀態(tài)。檢測(cè)元件置于激勵(lì)繞組線圈兩磁極中間，以2mm的提離值，測(cè)量從激勵(lì)繞組線圈與被測(cè)試樣之間的氣隙中所泄露的磁場(chǎng)。對(duì)檢測(cè)元件的輸出信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波處理，以濾除或抑制輸出信號(hào)的隨機(jī)噪聲和背景噪聲。然后將得到的數(shù)據(jù)送入信息處理系統(tǒng)，計(jì)算得到漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨任意波形信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)變化的連續(xù)二維曲線。并分析得到該曲線的拐點(diǎn)，以及拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的任意波形信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息Mx，并對(duì)Mx與其相對(duì)應(yīng)的厚度H按二次公式進(jìn)行擬合，得到厚度的計(jì)算公式H = aMx2+bMx+c。然后用本檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)待測(cè)鋼板進(jìn)行厚度檢測(cè)，檢測(cè)條件與上述標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)相同。對(duì)檢測(cè)得到的漏磁場(chǎng)進(jìn)行處理，得到拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的任意波形信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息 Mx。將其帶入上述厚度量化公式，即可得到被測(cè)鋼板的厚度。其值在數(shù)字顯示器中顯示。上述實(shí)施例中，用鋼板為被測(cè)材料來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例中的方案和應(yīng)用，它還適用于各種鐵磁性材料管道厚度、截面積，以及鋼棒壁厚等的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于包括以下步驟1)取至少2個(gè)與待測(cè)部件相同材質(zhì)的試樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件；2)將一對(duì)并排放置的激勵(lì)繞組線圈垂直置于試樣表面，激勵(lì)繞組線圈由信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)，并按設(shè)定的提離值，將激勵(lì)繞組線圈下的試樣磁化至飽和狀態(tài)，在激勵(lì)繞組線圈的磁化作用下，激勵(lì)繞組線圈的磁極與試樣之間的氣隙中將會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)；3)將檢測(cè)元件置于2個(gè)激勵(lì)繞組線圈中間，并按設(shè)定的提離值，測(cè)量步驟2)所述漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度；4)對(duì)檢測(cè)元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，濾除或抑制輸出信號(hào)中的噪聲，將處理后的數(shù)據(jù)送入信息處理系統(tǒng)，分析得到漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)變化的連續(xù)二維曲線；5)分別計(jì)算出步驟4)所得的連續(xù)二維曲線的拐點(diǎn)，以及該拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息Mx;6)用信息處理系統(tǒng)將步驟5)得到的信號(hào)發(fā)生器的激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度數(shù)據(jù)Mx處理成以該數(shù)據(jù)Mx為變量的鋼板厚度H的函數(shù)表達(dá)式，即確定了鋼板厚度的量化公式為H = aMx2+bMx+c，式中a為二次項(xiàng)系數(shù)，b為一次項(xiàng)系數(shù)，c為偏移量；7)實(shí)際測(cè)量時(shí)，按步驟幻將被檢測(cè)部件磁化至飽和狀態(tài)，按步驟幻獲得被測(cè)部件的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度，按步驟4)得到連續(xù)的二維漏磁場(chǎng)曲線，按步驟幻得到拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)信號(hào)瞬時(shí)強(qiáng)度信息Mx，將該數(shù)據(jù)代入步驟6)得到的厚度量化公式，即可確定被檢測(cè)部件的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟2) 中，所述信號(hào)發(fā)生器為任意波形信號(hào)發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟2) 中，所述信號(hào)發(fā)生器為鋸齒波發(fā)生器。
4.如權(quán)利要求3所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于所述鋸齒波為正斜率或負(fù)斜率。
5.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟2) 中，所述提離值為0. 5 5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟3) 中，所述檢測(cè)元件為磁敏感元件。
7.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟4) 中，所述噪聲包括輸出信號(hào)中的隨機(jī)噪聲和背景噪聲。
8.如權(quán)利要求1所述的一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，其特征在于在步驟4) 中，所述信息處理系統(tǒng)為單片機(jī)、DSP或PC機(jī)。
全文摘要
一種利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法，涉及一種鋼板厚度的測(cè)量方法。提供一種具有驅(qū)動(dòng)電壓低、受被測(cè)物上非導(dǎo)磁覆蓋層影響小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量快捷方便、非接觸式測(cè)量等特點(diǎn)的利用漏磁場(chǎng)測(cè)量鋼板厚度的方法。取至少2個(gè)與待測(cè)部件相同材質(zhì)的試樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件；用變化的勵(lì)磁場(chǎng)磁化試樣，然后用檢測(cè)元件測(cè)量從磁極與試樣之間的間隙泄露的磁場(chǎng)，將檢測(cè)到的電磁感應(yīng)信號(hào)處理成與厚度相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并確定該數(shù)據(jù)與厚度之間的函數(shù)表達(dá)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)本方法所需要的裝置包括任意波形信號(hào)發(fā)生器、激勵(lì)繞組線圈、檢測(cè)元件、信號(hào)處理器、A/D轉(zhuǎn)換單元、信息處理系統(tǒng)、數(shù)字顯示器。
文檔編號(hào)G01B7/06GK102175131SQ20111003766
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者吳德會(huì), 孫寶康, 張海榮, 王曉紅 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)