一種基于交流電磁場檢測的u型檢測探頭的制作方法
【專利摘要】一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭，屬于檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。U型檢測探頭由U型激勵源和磁場檢測探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵源由載流線圈在單個U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場檢測探頭的檢測元件是由基于隧道型巨磁電阻（TMR）效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上;磁敏元件為組陣列布置。本實用新型磁場檢測靈敏度和空間分辨率高；微、小裂紋檢出效果好，最小檢出裂紋長度2mm。
【專利說明】一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭，屬于檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油化工、航空航天等領(lǐng)域的大型裝備，由于其特殊的工作環(huán)境，一旦發(fā)生損壞將會造成嚴重的后果，而裂紋往往是造成設(shè)備損壞的誘因。因此，必須對這些設(shè)備上的裂紋進行定期或不定期的檢測。常用的裂紋檢測技術(shù)有超聲、磁粉、射線、磁記憶、漏磁等，但是這些檢測方法檢測前都要求清理金屬表面的保護涂層或只能接受很薄的涂層厚度，檢測成本聞。
[0003]交流電磁場檢測即ACFM，是一種新興的無損檢測技術(shù)，主要用于檢測導電金屬結(jié)構(gòu)件表面裂紋，特別適用于被檢工件表面有保護涂層的情況，無須去除表面保護涂層，即可進行裂紋檢測，主要應(yīng)用于海洋平臺、部分航空航天和石油化工設(shè)備的焊縫檢測。其主要原理為:由激勵源在待測工件表面一定區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出均勻的交變電流，當待測部位沒有缺陷時，工件表面附近的空間感應(yīng)磁場分布均勻；若有缺陷存在，由于缺陷本身的電磁性質(zhì)與工件不同，使得感應(yīng)電流從缺陷周圍繞過，從而引起表面感應(yīng)磁場擾動。通過采集缺陷上方擾動磁場的信息并進行分析處理，可以反演出缺陷的形狀、尺寸等參數(shù)。
[0004]目前有些電磁檢測方法的設(shè)備與ACFM設(shè)備外觀相似，比如交變漏磁檢測法和脈沖漏磁檢測法，但其檢測原理和ACFM有著本質(zhì)區(qū)別。
[0005]漏磁檢測法利用的磁場是設(shè)備本身激發(fā)的磁場，而交流電磁場檢測法利用的磁場是設(shè)備在工件表面產(chǎn)生的感應(yīng)電流激發(fā)的磁場。因為這一本質(zhì)區(qū)別，導致了差異。
[0006]首先，漏磁檢測法的磁場是可以通過多種手段實現(xiàn)磁場激勵，利用永久磁鐵、直流電磁鐵、交流電磁鐵都可以達到這一目的，通常交流電磁鐵的激勵頻率從數(shù)十赫茲至數(shù)千赫茲不等，方波、正弦波等均有使用。而ACFM則只能利用高頻正弦交流電，在工件表面感應(yīng)出持續(xù)的、穩(wěn)定分布的感應(yīng)電流，一般ACFM中應(yīng)用的正弦交流電的激勵信號頻率通常不低于5千赫茲，如果激勵信號頻率太低會嚴重影響到檢測結(jié)果。
[0007]其次，漏磁法檢測裂紋，由于檢測的目標磁場不同，被檢裂紋的走向必然是與激勵磁場垂直或接近垂直的，而本實用新型檢測的裂紋走向是與激勵磁場平行或接近平行的。由于ACFM檢測的磁場分量與裂紋長度、深度呈現(xiàn)較高的線性關(guān)系，可以比較容易的實現(xiàn)裂紋在長度、深度方向上的反演，容易對缺陷進行評價；而漏磁檢測要實現(xiàn)裂紋反演需要建立復雜的數(shù)學模型，應(yīng)用比較困難。
[0008]由于激勵信號及被檢測目標磁場的不同，漏磁檢測不適用于表面覆蓋有涂層的金屬材料，而本發(fā)明所涉及的U型檢測探頭針對的就是覆蓋有涂層的金屬材料的裂紋檢測。
[0009]目前的ACFM檢測探頭，大都采用矩形空心線圈進行磁場激勵，磁感應(yīng)線圈進行磁場檢測，這種方式有以下不足:矩形空心線圈對磁場的約束效果不是非常理想，在同樣規(guī)格、相同的激勵條件下，空心線圈在待檢測金屬表面形成的感應(yīng)電流遠小于本發(fā)明所述的U型激勵源，產(chǎn)生的擾動磁場也更小，不利于檢測缺陷產(chǎn)生的磁場變化；磁感應(yīng)線圈本身尺寸偏大，在之間，導致檢測探頭空間分辨率低，難以滿足檢測微小裂紋的要求。目前的ACFM設(shè)備對小、微裂紋檢測的檢測靈敏度和空間分辨率均有待提高。本實用新型采用U型鐵氧體磁芯繞組激勵、應(yīng)用基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)技術(shù)的檢測芯片，能提供一種對小、微裂紋檢測靈敏度更高、空間分辨率更佳的ACFM探頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭。
[0011]一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭，由U型激勵源和磁場檢測探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵源由載流線圈在單個U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場檢測探頭的檢測元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上；磁敏元件為組陣列布置，其數(shù)量根據(jù)待檢測區(qū)域的尺寸和檢測靈敏度的需要調(diào)整。
[0012]一種基于交流電磁場檢測的檢測方法，在U型激勵源的載流線圈上施加頻率為5kHz?50kHz的交流激勵電流，當被檢工件表面無缺陷時，激勵電流將在U型激勵源兩腿間的表面激勵出勻強感應(yīng)電流；當被檢工件表面存在缺陷時，由于工件中(導體)的電導率遠大于空氣中(絕緣體)的電導率，導致感應(yīng)電流繞著缺陷底部及兩端經(jīng)過，在被檢工件表面附近的空間中產(chǎn)生磁場擾動；磁場檢測探頭中的磁敏元件通過隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)檢測出磁場變化并將磁場變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，即可檢出缺陷并實現(xiàn)缺陷長度、深度方向的尺寸反演。
[0013]本實用新型的有益效果是:1、檢測金屬裂紋時無需清理表面涂層。2、可以對非鐵磁性金屬表面的裂紋類缺陷進行有效檢測。3、檢測數(shù)據(jù)與缺陷長度、深度方向的尺寸有較理想的線性關(guān)系，更容易實現(xiàn)缺陷反演。4、磁場檢測靈敏度高，達到2mV/V/G ;5、體積小，傳感器核心部分面積0.89平方毫米，厚度約為0.03毫米；6、磁場檢測靈敏度和空間分辨率高，最小檢出裂紋長度約2mm。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]當結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本實用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定，如圖其中:
[0015]圖1是基于交流電磁場檢測(ACFM)的U型檢測探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是磁場檢測探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
【具體實施方式】
[0018]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本實用新型的宗旨所做的許多修改和變化屬于本實用新型的保護范圍。
[0019]實施例1:如圖1、圖2所示，為檢測鐵磁性金屬時的較佳的實施例，圖1中:被檢工件1、U型鐵氧體磁芯2、載流線圈3、磁場檢測探頭4。
[0020]被檢工件I為鐵磁性金屬，表面被防腐涂層覆蓋。
[0021]U型檢測探頭由U型激勵源和磁場檢測探頭兩大部分組成。
[0022]其中U型激勵源由載流線圈3在單個U型鐵氧體磁芯2上均勻密繞而成，往載流線圈3上施加頻率為5kHz的交流電，如果被檢工件I表面無缺陷，U型磁芯兩腿間工件表面將產(chǎn)生勻強的感應(yīng)電流，如果存在沿U型鐵氧體磁芯長度方向的裂紋，感應(yīng)電流將會繞缺陷底部及兩端經(jīng)過，在被檢工件I表面附近的空間中產(chǎn)生擾動磁場。
[0023]磁場檢測探頭的檢測元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)的一組或多組磁敏元件封裝而成，可以精確測量由缺陷引起的擾動磁場。其中每一組磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安裝在基板5組成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封裝在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可獨立檢測互相垂直兩個方向的磁場。由于單個磁敏元件組體積小，檢測范圍有限，為了提高檢測效率，可將多個磁敏元件組采用dip8規(guī)格封裝起來，磁敏元件組之間的間距L根據(jù)實際需要的檢測靈敏度調(diào)整，間距d為磁敏元件與基板5的邊距。
[0024]當U型檢測探頭沿U型鐵氧體磁芯長度方向掃查時，即可檢測出與掃查方向走向一致的裂紋，此實施例主要應(yīng)用于焊縫檢測。
[0025]實施例2:如圖1、圖2所示，為檢測非鐵磁性金屬時的較佳的實施例，圖1中:被檢工件1、U型鐵氧體磁芯2、載流線圈3、磁場檢測探頭4。
[0026]被檢工件I為非鐵磁性金屬，表面無防腐涂層。
[0027]U型檢測探頭由U型激勵源和磁場檢測探頭兩大部分組成。
[0028]其中U型激勵源由載流線圈3在單個U型鐵氧體磁芯2上均勻密繞而成，往載流線圈3上施加頻率為50kHz的交流電，如果被檢工件I表面無缺陷，U型磁芯兩腿間工件表面將產(chǎn)生勻強的感應(yīng)電流，如果存在沿U型鐵氧體磁芯長度方向的裂紋，感應(yīng)電流將會繞缺陷底部及兩端經(jīng)過，在被檢工件I表面附近的空間中產(chǎn)生擾動磁場。
[0029]磁場檢測探頭的檢測元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)的一組或多組磁敏元件封裝而成，可以精確測量由缺陷引起的擾動磁場。其中每一組磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安裝在基板5組成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封裝在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可獨立檢測互相垂直兩個方向的磁場。由于單個磁敏元件組體積小，檢測范圍有限，為了提高檢測效率，可將多個磁敏元件組采用dip8規(guī)格封裝起來，磁敏元件組之間的間距L根據(jù)實際需要的檢測靈敏度調(diào)整，間距d為磁敏元件與基板5的邊距。
[0030]當U型檢測探頭沿U型鐵氧體磁芯長度方向掃查時，即可檢測出與掃查方向走向一致的裂紋，此實施例主要應(yīng)用于非鐵磁性金屬焊縫檢測。
[0031 ] 本實用新型提出的基于ACFM的U型檢測探頭，其U型激勵源采用錳鋅鐵氧體作為磁芯，利用錳鋅鐵氧體高磁導率、高電阻率的特性，在通入高頻正弦交流電時，較好地將激勵線圈產(chǎn)生的磁力線約束在磁芯中，減少了漏磁場，增大了工件表面的感應(yīng)電流，增強了小缺陷引起的擾動磁場，配合基于TMR技術(shù)的高靈敏度、高空間分辨率磁場檢測探頭，可顯著提高ACFM的檢測靈敏度。
[0032]如上所述，對本實用新型的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本實用新型的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭，其特征在于由U型激勵源和磁場檢測探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵源由載流線圈在單個U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場檢測探頭的磁場檢測探頭檢測元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上；磁敏元件為組陣列布置。
【文檔編號】G01N27/87GK203758961SQ201320672852
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】吳江, 周志雄, 方太安 申請人:中國石油天然氣集團公司, 北京康布爾石油技術(shù)發(fā)展有限公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院