專利名稱：基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料缺陷的無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于電磁檢測信號的、可區(qū)分內(nèi)壁/外壁缺陷的檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
渦流檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一，渦流檢測基本原理:將通有交流電的線圈置于待測的金屬板上或套在待測的金屬管外。這時線圈內(nèi)及其附近將產(chǎn)生交變磁場，使被測工件中產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)交變電流，稱為渦流。渦流的分布和大小，除與線圈的形狀和尺寸、交流電流的大小和頻率等有關(guān)外，還取決于被測工件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀和尺寸、與線圈的距離以及表面有無裂紋缺陷等。因而，在保持其他因素相對不變的條件下，用一探測線圈測量渦流所引起的磁場變化，可推知被測工件中渦流的大小和相位變化，進而獲得有關(guān)電導(dǎo)率、缺陷、材質(zhì)狀況和其他物理量(如形狀、尺寸等)的變化或缺陷存在等信息。但由于渦流是交變電流，具有集膚效應(yīng)(集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng)，當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時，電流將集中在導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)，是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時，會聚集于總導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中)，渦流的滲透深度很淺，僅能檢測靠近檢測線圈一側(cè)(正面)的缺陷信號，無法穿透檢測材料去檢測另外一側(cè)(反面)的缺陷信號。因此僅靠渦流檢測不能區(qū)分材料的內(nèi)外壁缺陷。為此，專利文獻公開了 “一種基于遠場渦流的管道內(nèi)外壁缺陷檢測裝置”(發(fā)明專利，申請公布號為CN 102313777 A)，其利用多個磁阻器件完全覆蓋管道周向，實現(xiàn)對管道內(nèi)外壁全周范圍內(nèi)的缺陷檢測，但該技術(shù)檢測速度慢，且不能對鋼管內(nèi)外壁缺陷進行區(qū)分識別。另一篇發(fā)明專利公開了一種“基于交直流復(fù)合磁化的漏磁檢測內(nèi)外壁缺陷的識別方法”(授權(quán)公告號為CN 101216460 B)，該方法涉及了一種鋼管內(nèi)外壁缺陷區(qū)分的漏磁檢測技術(shù)，主要是同時施加直流與交流勵磁磁場磁化鋼管，通過比較檢測到的漏磁信號中的交流頻率分量和閥值的大小，來判斷缺陷在被測材料的內(nèi)壁還是外壁，但該方法將傳感器置于管壁內(nèi)側(cè)不方便快速探傷，此外傳感器需要電磁屏蔽，屏蔽效果不好將可能產(chǎn)生誤判。另一篇發(fā)明專利公開了一種“基于三軸漏磁與電渦流的管道內(nèi)外壁缺陷檢測裝置及方法”(申請公布號CN 102798660 A)，該發(fā)明裝置是利用漏磁檢測與電渦流檢測的不同特性，將兩種方法結(jié)合起來，從而實現(xiàn)區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的功能。但該方法需要的硬件設(shè)備多(例如至少為50組的渦流傳感器)，成本高，不適宜推廣。另一篇發(fā)明專利公開了一種“直流磁化下鋼管內(nèi)外壁缺陷的渦流檢測識別及評價方法”(申請公布號CN 102759567 A)，該方法采用穿過式直流磁化線圈對鋼管進行非飽和磁化，利用渦流檢測線圈拾取缺陷處的電磁擾動信息，依據(jù)相位對比選擇合理的直流磁化范圍，從而檢出內(nèi)外壁缺陷并通過相位差異進行識別，并通過分別設(shè)定內(nèi)、外壁缺陷的報警閾值，實現(xiàn)對相同損傷當(dāng)量的內(nèi)、外壁缺陷的一致性判定。但該發(fā)明需要對材料進行非飽和直流磁化，實際檢測 中，需要根據(jù)不同的檢測對象進行磁化電流的調(diào)整，且因為是通過相位進行內(nèi)/外壁缺陷的區(qū)分，需要將缺陷信號旋轉(zhuǎn)至所需的相位，在實際檢測中，需要調(diào)整較多的參數(shù)，不易使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，針對上述的問題，本發(fā)明提出一種方法簡單、成本低廉的基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測方法，將被測工件以及檢測線圈外加磁場，使得反面的缺陷信號在外加磁場的作用下也能傳遞到檢測線圈上，從而實現(xiàn)對內(nèi)、外壁缺陷的判定，以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測方法，包括以下步驟:
步驟1:將被測工件以及檢測線圈置于外部的局部磁飽和環(huán)境中；其中，檢測線圈具有兩個，分別記為第一檢測線圈和第二檢測線圈，第一檢測線圈和第二檢測線圈組成差分模式；該外部磁飽和環(huán)境由永磁鐵或直流磁化實現(xiàn)，例如，由兩個磁化組件形成局部磁飽和環(huán)境，則被測工件以及檢測線圈位于這兩個磁化組件之間；
步驟2:通過微處理器產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號，并通過激勵放大電路將方波激勵信號進行功率放大，以對第一檢測線圈和第二檢測線圈進行激勵；其中，該方波激勵信號是中頻方波激勵信號，其頻率范圍為20KHz-30KHz ；
步驟3:組成差分模式的第一檢測線圈和第二檢測線圈構(gòu)成差分電磁傳感器，加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號；
步驟4:通過差分信號放大電路拾取差分電磁傳感器的信號，并進行適應(yīng)性的放大；所述差分信號放大電路可以選用差分運算放大器實現(xiàn)；
步驟5:采用積分處理電路將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理，通過整流將信號的正、負半波全部提取出來，通過積分處理將交流信號變?yōu)橹绷餍盘?，以判斷被測工件的缺陷:如果積 分處理后的波形是一條水平直線，則被測工件沒有缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向上的抖動，則被測工件具有正面的缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向下的抖動，則被測工件具有反面的缺陷。其中，所述積分處理電路可以采用運算放大器來實現(xiàn)。一種基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測裝置，包括:產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號的微處理器、將方波激勵信號進行功率放大的激勵放大電路、加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號的差分電磁傳感器、拾取差分電磁傳感器的信號的差分信號放大電路、將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理的積分處理電路、進行信號采樣的AD采樣電路、將AD采樣電路的信號傳送至服務(wù)器的通訊接口以及服務(wù)器；所述微處理器、激勵放大電路、差分電磁傳感器、差分信號放大電路、積分處理電路、AD采樣電路、通訊接口以及服務(wù)器順次電性連接。進一步的，所述方波激勵信號是中頻方波激勵信號，其頻率范圍為20KHZ-30KHZ。進一步的，所述激勵放大電路采用A類推挽放大電路實現(xiàn)。進一步的，所述差分信號放大電路選用差分運算放大器實現(xiàn)。進一步的，所述積分處理電路可以采用運算放大器來實現(xiàn)。上述檢測裝置中，微處理器產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號。激勵放大電路:采用A類推挽放大電路，將激勵信號放大。差分電磁傳感器:由組成差分模式的第一檢測線圈和第二檢測線圈構(gòu)成，由激勵放大模塊加載方波激勵信號。差分信號放大電路:采用差分運算放大器拾取傳感器上的信號，并進行適應(yīng)放大。積分處理電路:采用運算放大器，將差分放大后的信號進行整流及積分處理。AD采樣電路:采用調(diào)整AD進行信號采樣，并通過通訊接口傳送至服務(wù)器。服務(wù)器(可以是PC機、嵌入式設(shè)備來實現(xiàn))進行數(shù)據(jù)處理及圖形顯示:服務(wù)器通過通訊接口將數(shù)據(jù)讀入，并根據(jù)設(shè)計的算法進行數(shù)據(jù)計算，并將計算結(jié)果顯示出來。本發(fā)明采用上述方法及裝置，利用了基本的渦流檢測原理，對檢測線圈通以方波激勵，并將待檢的被測工件(例如鐵磁性材料)及檢測線圈置于外部磁飽和的環(huán)境中，內(nèi)、夕卜部缺陷對檢測線圈的阻抗影響有不一樣的特性，使積分信號分別變大和變小，從而可以區(qū)分出材料的缺陷正、反面分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1本發(fā)明利用了外加磁場環(huán)境，使得被測工件反面的缺陷信號在外加磁場的作用下也能傳遞到檢測線圈上；另外，采用運算放大器，將差分放大后的信號進行整流及積分處理，此時的信號，將隨著內(nèi)、外壁的缺陷增大或減小，本發(fā)明正是利用這一物理現(xiàn)象進行檢測，其方法簡單，容易實現(xiàn)；
2現(xiàn)有技術(shù)中一般是對數(shù)字信號進行頻譜分析，然后濾除直流分量后得到最大幅值，該最大幅值所對應(yīng)的頻率即為通入激勵線圈(檢測線圈具有兩個，組成差分模式；其激勵方式為自激勵，即這兩個檢測線圈既作為激勵線圈使用，也作為檢測線圈使用，因此檢測線圈又可稱為激勵線圈)的交流電流的頻率，然后測出該頻率分量的幅值大小，最后將該頻率分量的幅值大小與設(shè)定的交流頻率分量幅值的閾值進行對比，最后得出被測工件的缺陷位于內(nèi)壁還是外壁一上述方法需要確定閾值、計算幅值，其算法繁瑣；而本發(fā)明中，對差分放大后的信號進行全波整流及積分處理，然后只需要查看得到的波形是向上抖動還是向下抖動，即可區(qū)分出被測工件具有正面或反面缺陷，從而可以更加直觀地區(qū)分出缺陷的突變信號，以方便信號采 集及處理；
3本發(fā)明使用了方波激勵，其好處是，方波信號可以展開為無限多個諧波分量之和(即方波信號可以看成是由各種頻率的正弦波信號組成的，它可以通過一定的算法進行分解和組合)，因此一次檢測就可以獲得多個頻率信號的渦流檢測場信號，突破了傳統(tǒng)使用單一正弦波檢測的限制；
4本發(fā)明的方案適用于任意的檢測工件，即檢測工件沒有形狀要求，可以是管狀也可以是平面的，在實際檢測中，只需將探頭按工作實際形狀進行設(shè)計即可；
5本發(fā)明裝置的設(shè)計簡單而使用，不需要外加很多設(shè)備，其實現(xiàn)的成本低廉，可方便推廣。


圖1是本發(fā)明的檢測裝置的系統(tǒng)框 圖2是本發(fā)明的微處理器的電路原理 圖3是本發(fā)明的激勵放大電路的電路原理 圖4是本發(fā)明的差分信號放大電路的電路原理 圖5是本發(fā)明的積分處理電路的電路原理 圖6是本發(fā)明中積分處理電路得到的波形的示意圖；圖7為本發(fā)明中檢測線圈與外部的局部磁飽和環(huán)境的位置關(guān)系圖。
具體實施例方式渦流檢測對近表面缺陷識別效果明顯:給一個線圈通入交流電，在一定條件下通過的電流是不變的，如果把線圈靠近被測工件，工件內(nèi)會感應(yīng)出渦流，受渦流影響，線圈電流會發(fā)生變化；由于渦流的大小隨工件內(nèi)有沒有缺陷而不同，所以線圈電流變化的大小能反映有無缺陷；另外，具有集膚效應(yīng)，所檢測到的信息僅能反映被測工件表面或近表面處的情況。本發(fā)明針對一般的電磁渦流檢測無法區(qū)分材料缺陷的正、反面分布，而提供了一種基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測裝置及方法，利用了外加磁場環(huán)境，使得反面的缺陷信號在外加磁場的作用下也能傳遞到檢測線圈上，從而判斷材料缺陷的正、反面分布?，F(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明的一種基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測裝置，如圖1所示，包括順次電性連接的微處理器、激勵放大電路、差分電磁傳感器、差分信號放大電路、積分處理電路、AD采樣電路、通訊接口以及服務(wù)器。服務(wù)器(可以是PC機、嵌入式設(shè)備來實現(xiàn))進行數(shù)據(jù)處理及圖形顯示:服務(wù)器通過通訊接口將數(shù)據(jù)讀入，并根據(jù)設(shè)計的算法進行數(shù)據(jù)計算，并將計算結(jié)果顯示出來。其中，如圖2所示，微處理器用于產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號。如圖3所示，激勵放大電路將方波信號進行功率放大，以驅(qū)動檢測線圈，PA、PB分別接到組成差分模式的兩個檢測線圈中。如圖4所示，差分信號放大電路采用差分運算放大器拾取差分電磁傳感器上的信號，并進行適應(yīng)放大。如圖5所示，積分處理電路采用運算放大器，將差分放大后的信號進行整流及積分處理，此時的信號，將隨著內(nèi)、外壁的缺陷增大或減小，本發(fā)明正是利用這一物理現(xiàn)象進行檢測。最后，服務(wù)器根據(jù)積分處理電路得到的積分波形的突變方向來判斷材料缺陷的正、反面分布。圖6為積分處理電路處理后的波形，如果沒有缺陷，積分后的波形是一條水平直線，如果出現(xiàn)正面缺陷，波形將出現(xiàn)向上的抖動，反面缺陷則向下抖動，因此可以區(qū)分出正、反面缺陷。本發(fā)明的基于電磁 檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測方法，包括以下步驟:
步驟1:將被測工件以及檢測線圈置于外部的局部磁飽和環(huán)境中；其中，檢測線圈具有
兩個，分別記為第一檢測線圈和第二檢測線圈，第一檢測線圈和第二檢測線圈組成差分模式；該外部磁飽和環(huán)境由永磁鐵或直流磁化實現(xiàn)，如圖7所示，由磁化組件11和磁化組件12形成局部磁飽和環(huán)境，被測工件、第一檢測線圈21和第二檢測線圈22位于這兩個磁化組件之間形成的局部磁飽和環(huán)境中；
步驟2:通過微處理器產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號，并通過激勵放大電路將方波激勵信號進行功率放大，以對第一檢測線圈和第二檢測線圈進行激勵；其中，該方波激勵信號是中頻方波激勵信號，其頻率范圍為20KHz-30KHz ；
步驟3:組成差分模式的第一檢測線圈和第二檢測線圈構(gòu)成差分電磁傳感器，加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號；
步驟4:通過差分信號放大電路拾取差分電磁傳感器的信號，并進行適應(yīng)性的放大；所述差分信號放大電路可以選用差分運算放大器實現(xiàn)；
步驟5:采用積分處理電路將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理，通過整流將信號的正、負半波全部提取出來，通過積分處理將交流信號變?yōu)橹绷餍盘枺耘袛啾粶y工件的缺陷:如果積分處理后的波形是一條水平直線，則被測工件沒有缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向上的抖動，則被測工件具有正面的缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向下的抖動，則被測工件具有反面的缺陷。其中，所述積分處理電路可以采用運算放大器來實現(xiàn)。本發(fā)明采用上述方法及裝置，利用了基本的渦流檢測原理，對檢測線圈通以方波激勵，并將待檢的被測工件(例如鐵磁性材料)及檢測線圈置于外部磁飽和的環(huán)境中，內(nèi)、夕卜部缺陷對檢測線圈的阻抗影響有不一樣的特性，使積分信號分別變大和變小，從而可以區(qū)分出材料的缺陷正、反面分布。盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護 范圍。
權(quán)利要求
1.基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:將被測工件以及檢測線圈置于外部的局部磁飽和環(huán)境中；其中，檢測線圈具有兩個，分別記為第一檢測線圈和第二檢測線圈，第一檢測線圈和第二檢測線圈組成差分模式；該外部磁飽和環(huán)境由永磁鐵或直流磁化實現(xiàn)； 步驟2:通過微處理器產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號，并通過激勵放大電路將方波激勵信號進行功率放大，以對第一檢測線圈和第二檢測線圈進行激勵； 步驟3:組成差分模式的第一檢測線圈和第二檢測線圈構(gòu)成差分電磁傳感器，加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號； 步驟4:通過差分信號放大電路拾取差分電磁傳感器的信號，并進行適應(yīng)性的放大； 步驟5:采用積分處理電路將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理，通過整流將信號的正、負半波全部提取出來，通過積分處理將交流信號變?yōu)橹绷餍盘?，以判斷被測工件的缺陷:如果積分處理后的波形是一條水平直線，則被測工件沒有缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向上的抖動，則被測工件具有正面的缺陷；如果積分處理后的波形出現(xiàn)向下的抖動，則被測工件具有反面的缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于:步驟2中，所述方波激勵信號是中頻方波激勵信號，其頻率范圍為20KHz-30KHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于:步驟4中，所述差分信號放大電路可以選用差分運算放大器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于:步驟5中，所述積分處理電路可以采用運算放大器來實現(xiàn)。
5.基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測裝置，其特征在于:包括:產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號的微處理器、將方波激勵信號進行功率放大的激勵放大電路、加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號的差分電磁傳感器、拾取差分電磁傳感器的信號的差分信號放大電路、將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理的積分處理電路、進行信號采樣的AD采樣電路、將AD采樣電路的信號傳送至服務(wù)器的通訊接口以及服務(wù)器；所述微處理器、激勵放大電路、差分電磁傳感器、差分信號放大電路、積分處理電路、AD采樣電路、通訊接口以及服務(wù)器順次電性連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測裝置，其特征在于:所述方波激勵信號是中頻方波激勵信號，其頻率范圍為20KHz-30KHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測裝置，其特征在于:所述激勵放大電路采用A類推挽放大電路實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測裝置，其特征在于:所述差分信號放大電路選用差分運算放大器實現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測裝置，其特征在于:所述積分處理電路采用運算放大器來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于電磁檢測信號的區(qū)分內(nèi)外壁缺陷的檢測方法，包括步驟1將被測工件以及檢測線圈置于外部的局部磁飽和環(huán)境中；步驟2通過微處理器產(chǎn)生一定頻率的方波激勵信號，并通過激勵放大電路將方波激勵信號進行功率放大，以對第一檢測線圈和第二檢測線圈進行激勵；步驟3組成差分模式的第一檢測線圈和第二檢測線圈構(gòu)成差分電磁傳感器，加載由激勵放大電路進行功率放大后的方波激勵信號；步驟4通過差分信號放大電路拾取差分電磁傳感器的信號，并進行適應(yīng)性的放大；步驟5采用積分處理電路將差分信號放大電路差分放大后的信號進行整流及積分處理，以判斷被測工件的缺陷。本發(fā)明應(yīng)用于區(qū)分內(nèi)壁/外壁缺陷。
文檔編號G01N27/90GK103235036SQ20131012675
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者陳金貴 申請人:廈門艾帝爾電子科技有限公司