本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置。

背景技術(shù)：

磁致伸縮導波具有單點激勵即可實現(xiàn)長距離、構(gòu)件100％界面檢測等特點，非常適用于對管道、纜索等細長構(gòu)件的大范圍檢測。在磁致伸縮導波無損檢測中，偏置磁場是影響導波激勵效率和接收效率的關(guān)鍵因素，決定了激勵、接收過程的靜態(tài)工作點，同時還能避免倍頻效應。但是由于被檢材料物理特性不同，且磁致伸縮換能效率與磁致伸縮系數(shù)與磁場的變化率有關(guān)，導波檢測中偏置磁場大小需合理選擇從而達到較好的檢測效果。

目前，磁致伸縮導波檢測一般使用永磁鐵磁化器提供偏置磁場，在使用過程中，一方面永磁鐵磁化器磁路相對穩(wěn)定，當磁化器個數(shù)較少時，在磁化器正下方的構(gòu)件部位磁場強度往往比其他部位較大，造成了磁化不均勻現(xiàn)象；另一方面，隨著永磁鐵磁能級的提高，磁鐵磁化能力大大增加，在相同磁化器數(shù)量的情況下，新式磁化器磁化強度已達到甚至會超過最佳偏置磁場反而導致信號幅值減小。因而對構(gòu)件磁化時，往往會出現(xiàn)磁化器過少時會出現(xiàn)磁化不均勻現(xiàn)象，隨著磁化器增加，不均勻現(xiàn)象減弱，偏置磁場強度卻超過最佳偏置磁場的情況。如何選擇合理的永磁鐵磁化器個數(shù)，從而使磁致伸縮導波檢測系統(tǒng)處在較好的工作點上一直是個研究熱點，如申請?zhí)枮?00810196822.6的專利公開了一種確定磁致伸縮導波檢測工作點的方法，其主要通過將檢測信號的首個非電磁脈沖信號作為參考信號，分別改變激勵單元和接收單元偏置磁場的磁化強度，找到幅值最大時所對應的激勵單元和接收單元偏置磁場的磁化強度，確定構(gòu)件磁致伸縮導波檢測的工作點，然而構(gòu)件實際偏置磁場的大小并未確定，且檢測時通過導波檢測儀器幅值重復測量確定磁致伸縮導波檢測的工作點，需重復開機進行測量，耗時較長且過程復雜，不適用于快速檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置，其基于磁致伸縮導波檢測工作點的特點，針對磁致伸縮導波檢測裝置均進行了設計。所述磁致伸縮導波檢測裝置通過多個霍爾元件測量外部空氣磁場強度的電壓值進而表征構(gòu)件的偏置磁場強度，通過磁場強度感測模塊采集不同位置處的磁場強度，并對應幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值，進而將多個對應幅值進行求和平均獲得計算幅值，多次實驗以找到最大計算幅值及其所對應的磁化器的個數(shù)，最終實現(xiàn)磁致伸縮導波檢測工作點的優(yōu)化，提高檢測靈敏度，過程簡單，耗時較短，無需重復開機。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置，其包括永磁鐵磁化器、套設在構(gòu)件上的接收線圈及激勵線圈、直流線圈磁化器、磁場強度感測模塊及電性連接所述磁場強度感測模塊的磁致伸縮導波檢測儀，所述磁場強度測量模塊鄰近所述激勵線圈設置，其特征在于：

所述永磁鐵磁化器與所述直流線圈磁化器可拆卸的連接于所述構(gòu)件；所述磁場強度感測模塊包括支撐結(jié)構(gòu)、設置在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的航空插座接頭及多個霍爾元件，所述支撐結(jié)構(gòu)開設有收容腔及與所述收容腔相連通的導線槽，多個所述霍爾元件收容于所述收容腔內(nèi)；所述導線槽用于將所述霍爾元件的輸出線引出到所述航空插座接頭及引導所述霍爾元件的供電線；所述航空插座接頭電性連接所述磁致伸縮檢測儀，所述磁致伸縮檢測儀用于將所述霍爾元件感測的電壓信號轉(zhuǎn)換為磁場強度值。

進一步的，所述支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量為兩個，兩個所述支撐結(jié)構(gòu)對稱設置，且兩者通過合頁與搭扣配合進行連接以形成所述磁場強度感測模塊的支架。

進一步的，所述霍爾元件的數(shù)量為十個，每個所述支撐結(jié)構(gòu)上設置五個所述霍爾元件，十個所述霍爾元件繞所述支架的中心軸均勻排布。

進一步的，所述磁致伸縮導波檢測裝置還包括恒流源，所述恒流源電性連接所述直流線圈磁化器。

進一步的，所示磁致伸縮導波檢測儀包括連接于所述接收線圈的信號處理器、計算機、電性連接所述信號處理器及所述計算機的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、連接于激勵線圈的功率放大器及電性連接所述計算機及所述功率放大器的信號發(fā)生器，所述計算機電性連接所述航空插座接頭。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置，其通過多個霍爾元件測量外部空氣磁場強度的電壓值進而表征構(gòu)件的偏置磁場強度，通過磁場強度感測模塊采集不同位置處的磁場強度，并對應幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值，進而將多個對應幅值進行求和平均獲得計算幅值，多次實驗以找到最大計算幅值及其所對應的磁化器的個數(shù)，最終實現(xiàn)磁致伸縮導波檢測工作點的優(yōu)化，提高檢測靈敏度，過程簡單，耗時較短，無需重復開機。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實施方式提供的自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置的磁場強度測量模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的磁致伸縮導波檢測裝置處于使用狀態(tài)的示意圖。

圖3是圖1中的磁致伸縮導波檢測裝置的工作流程圖。

圖4是圖2中的磁致伸縮導波檢測裝置經(jīng)實驗測得的激勵端在不同偏置磁場下首個非電磁脈沖信號的波形圖。

圖5是圖2中的磁致伸縮導波檢測裝置經(jīng)實驗測得的激勵端幅值曲線圖。

圖6是圖2中的磁致伸縮導波檢測裝置經(jīng)實驗測得的接收端幅值曲線圖。

圖7是圖2中的磁致伸縮導波檢測裝置經(jīng)實驗測得的激勵端工作點分布示意圖。

圖8是圖2中的磁致伸縮導波檢測裝置經(jīng)實驗測得的接收端工作點分布示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-支撐結(jié)構(gòu)，2-航空插座接頭，3-導線槽，4-霍爾元件，5-構(gòu)件，6-永磁鐵磁化器，7-直流線圈磁化器，8-接收線圈，9-激勵線圈，10-磁場強度測量模塊，11-磁致伸縮導波檢測儀，12-信號處理器，13-模數(shù)轉(zhuǎn)換器，14-計算機，15-信號發(fā)生器，16-功率放大器，17-恒流源。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1至圖4，本發(fā)明較佳實施方式提供的自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置，其通過霍爾元件測量外部空氣磁場強度所得電壓值進而表征構(gòu)件的偏置磁場，采集不同位置處的磁場強度，并對應幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值，進而進行求和平均獲得計算幅值，最終實現(xiàn)磁致伸縮導波檢測裝置的工作點的優(yōu)化，提高檢測靈敏度。

所述磁致伸縮導波檢測裝置包括永磁鐵磁化器6、接收線圈8、激勵線圈9、直流線圈磁化器7、磁場強度測量模塊10、磁致伸縮導波檢測儀11及恒流源17。所述激勵線圈9套設在構(gòu)件5的外部，其用于在輸入正弦脈沖電流作用下產(chǎn)生交變磁場。所述直流線圈磁化器7與所述及激勵線圈9相對設置，其用于產(chǎn)生磁致伸縮過程中所需的偏置磁場。本實施方式中，所述直流線圈磁化器7電性連接于所述恒流源17，其是由漆包線繞制的同軸線圈，所述同軸線圈共10層，每層150匝，所述漆包線的直徑為1.3㎜；所述恒流源17用于為所述直流線圈磁化器7提供偏置電流，使其產(chǎn)生偏置磁場，其供電電流范圍為0A～10A；所述激勵線圈9及所述接收線圈8均是線徑為0.13㎜的螺線管線圈；所述直流線圈磁化器7與所述構(gòu)件5保持同心設置；所述永磁鐵磁化器6及所述直流線圈磁化器7可拆卸的連接于所述構(gòu)件5。

所述永磁鐵磁化器6沿所述構(gòu)件5的周向設置，其用于產(chǎn)生靜態(tài)磁場，所述靜態(tài)磁場用于與所述交變磁場共同作用激勵所述構(gòu)件5產(chǎn)生磁致伸縮導波信號。所述接收線圈8套設于所述構(gòu)件5的外部，其用于在所述磁致伸縮導波信號的作用下感應磁通量變化而生成電信號。所述磁場強度測量模塊10鄰近所述構(gòu)件5設置，其用于測量所述構(gòu)件5的表面磁場強度。本實施方式中，所述永磁鐵磁化器6是由兩塊永磁鐵及一塊原料為工業(yè)純鐵的銜鐵構(gòu)成，其用于為接收端提供偏置磁場。

所述磁場強度測量模塊10包括支撐結(jié)構(gòu)1、航空插座接頭2及多個霍爾元件4，兩個所述支撐結(jié)構(gòu)1對稱設置以形成所述磁場強度測量模塊10的支架，兩個所述支撐結(jié)構(gòu)1通過合頁與搭扣相配合以進行連接，所述支架基本為空心圓柱體結(jié)構(gòu)。

所述支撐結(jié)構(gòu)1開設有收容腔及與所述收容腔相連通的導線槽3，所述收容腔用于收容所述霍爾元件4及確保所述霍爾元件4的測量方向。本實施方式中，所述霍爾元件4在安裝時被從所述支撐結(jié)構(gòu)1的底部塞入所述支撐結(jié)構(gòu)1，所述收容腔內(nèi)留有預定的空間冗余，所述霍爾元件4被放到預定位置后，將粘膠劑填充入所述收容腔來固定所述霍爾元件4。

所述導線槽3主要用于引導導線，其一方面將所述霍爾元件4的輸出線引出到所述航空插座接頭2，另一方面引導所述霍爾元件4的供電線。所述航空插座接頭2電性連接于所述磁致伸縮檢測儀11，所述磁致伸縮檢測儀11將所述霍爾元件4的電壓信號轉(zhuǎn)換為磁場強度值。本實施方式中，所述航空插座接頭2設置在所述支撐結(jié)構(gòu)1內(nèi)；所述霍爾元件4的數(shù)量為10個，每個所述支撐結(jié)構(gòu)1上設置五個所述霍爾元件4，且對應的五個所述霍爾元件4相對于所述空心圓柱體結(jié)構(gòu)的中心軸均勻分布，可以理解，在其他實施方式中，所述霍爾元件4的數(shù)量可以根據(jù)實際需要增加或者減少；所述霍爾元件4緊貼所述支撐結(jié)構(gòu)1的底部，其敏感面垂直于所述構(gòu)件5的軸線。

所述磁致伸縮導波檢測儀11電性連接于所述磁場強度測量模塊10，其包括計算機14、信號發(fā)生器15、功率放大器16、信號處理器12及模數(shù)轉(zhuǎn)換器13，所述計算機14的一端電性連接所述航空插座接頭2，另一端分別連接所述信號發(fā)生器15及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器13。本實施方式中，所述計算機14用于控制所述信號發(fā)生器15產(chǎn)生正弦脈沖電信號并接收檢測波形。

所述信號處理器12連接所述接收線圈8及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器13，所述計算機14連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器13及所述信號發(fā)生器15，所述功率放大器16連接所述信號發(fā)生器15及所述激勵線圈9。所述信號處理器12用于接收所述接收線圈8產(chǎn)生的電信號，并將接收到的所述電信號進行放大后發(fā)送至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器13。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器13用于將接收到的所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號發(fā)送至所述計算機14。所述計算機14依據(jù)所述數(shù)字信號控制所述信號發(fā)生器15產(chǎn)生對應的正弦脈沖電信號，并將所述正弦脈沖電流信號發(fā)送至所述功率放大器16。所述功率放大器16用于將接收到的所述正弦脈沖電流信號放大后輸入到所述激勵線圈9。

請參閱圖5至圖8，本發(fā)明較佳實施方式提供的自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置感測工作點的過程包括以下步驟：

步驟一，將磁致伸縮導波檢測裝置設置在待檢測的管道件上。具體地，將所述磁致伸縮導波檢測裝置設置在所述構(gòu)件5上。

步驟二，通過磁致伸縮導波檢測裝置實驗獲得激勵端幅值曲線圖。具體地，由于是第一次對所述構(gòu)件5進行檢測，沒有所述構(gòu)件5的材料的激勵端和接收端偏置磁場與首個非電磁脈沖幅值的對應關(guān)系曲線圖，需要通過實驗獲得；當然，在其他實施方式中，如果有對應的材料的激勵端和接收端與首個非電磁脈沖幅值的對應關(guān)系曲線圖，則可以直接應用。

本實施方式中，所述磁滯伸縮導波檢測裝置進行實驗以獲得所述激勵端幅值曲線圖包括以下步驟：

(21)設定所述激勵線圈9的電壓及其他參數(shù)不變，所述構(gòu)件5的接收端安裝所述永磁鐵磁化器6并保持永磁鐵磁化器6的數(shù)量不變，所述構(gòu)件5的激勵端安裝所述直流線圈磁化器7；

(22)逐步增加所述直流線圈磁化器7的電流，利用所述磁場強度感測模塊10測量所述直流線圈磁化器7提供的磁場強度，同時記錄接收信號首個非電磁脈沖幅值；

(23)以幅值為縱坐標，測得的偏置磁場強度為橫坐標得到該條件下偏置磁場強度與幅值之間的關(guān)系，即得到激勵端幅值曲線圖；幅值大小可以表示導波換能效率大小，則激勵端幅值曲線圖可以表示偏置磁場與換能效率之間的關(guān)系。

本實施方式中，初始狀態(tài)時，所述直流線圈磁化器7內(nèi)的電流為0A，開始實驗之后，所述直流線圈磁化器7內(nèi)的電流以0.2A的幅度逐漸增加直至所述直流線圈磁化器7內(nèi)的電流達到10A；所述霍爾元件4直接測量的是空氣中的磁感應強度，輸出電壓值，需要將所述電壓值對應換算成磁場強度。

步驟三，通過磁致伸縮導波檢測裝置實驗獲得接收端幅值曲線圖，具體地，所述磁滯伸縮導波檢測裝置進行實驗以獲得所述接收端幅值曲線圖包括以下步驟：

(31)設定所述激勵線圈9的電壓及其他參數(shù)不變，所述構(gòu)件5的接收端安裝所述直流線圈磁化器7，所述激勵端安裝所述永磁鐵磁化器6并保持所述永磁鐵磁化器6的數(shù)量保持不變；

(32)逐步增加所述直流線圈磁化器7的電流，利用所述磁場強度感測模塊10測量所述直流線圈磁化器7提供的磁場強度，同時記錄接收信號首個非電磁脈沖幅值；

(33)以幅值為縱坐標，測得的偏置磁場強度為橫坐標得到該條件下偏置磁場強度與幅值之間的關(guān)系，即得到接收端幅值曲線圖；幅值大小可以表示導波換能效率大小，則接收端幅值曲線圖可以表示偏置磁場與換能效率之間的關(guān)系。

步驟四，依據(jù)激勵端幅值曲線圖及磁場強度感測數(shù)據(jù)確定激勵端工作點。具體地，在所述激勵端安裝一個所述永磁鐵磁化器6，在所述接收端安裝3個所述永磁鐵磁化器6；對應的多個所述霍爾元件4感測所述構(gòu)件5周向不同位置處的磁場強度，并對應所述激勵端幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值；之后，將找出的對應幅值進行求和平均可得到所述激勵端的永磁鐵磁化器6為一個時的計算幅值，見表1；隨后，對照所述激勵端端幅值曲線以增加或者減少所述激勵端的永磁鐵磁化器數(shù)量，直至找到激勵端最大計算幅值及其所對應的永磁鐵磁化器的個數(shù)。本實施方式中，所述激勵端的最大計算幅值所對應的永磁鐵磁化器的個數(shù)為2，即激勵端最佳磁化器個數(shù)為2個。

表1

本實施方式中，隨著激勵端偏置磁場的變化，首個非電磁脈沖信號幅值也隨之變化，當激勵端偏置磁場為5kA/m和23kA/m時，接收信號幅值較大，此時檢測靈敏度高。

步驟五，依據(jù)接收端幅值曲線圖及磁場強度感測數(shù)據(jù)確定接收端工作點。具體地，在所述接收端安裝一個所述永磁鐵磁化器6，在所述激勵端安裝3個所述永磁鐵磁化器6；對應的多個所述霍爾元件4感測所述構(gòu)件5周向不同位置處的磁場強度，并對應所述接收端幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值；之后，將找出的對應幅值進行求和平均可得到所述接收端的永磁鐵磁化器為1個時的計算幅值；隨后，對照所述接收端幅值曲線以增加或者減少所述接收端的永磁鐵磁化器數(shù)量，直至找到接收端最大計算幅值及其所對應的永磁鐵磁化器的個數(shù)。本實施方式中，所述接收端的最大計算幅值所對應的永磁鐵磁化器的個數(shù)為4，即接收端最佳磁化器個數(shù)為4個。

步驟六，依據(jù)獲得的激勵端工作點及接收端工作點確定激勵端與接收端的最佳磁化器組合。具體地，依據(jù)步驟四和步驟五所獲得激勵端最佳磁化器個數(shù)和接收端最佳磁化器個數(shù)，得到激勵端與接收端的最佳磁化器組合，即磁致伸縮導波檢測的最佳工作點。本實施方式中，最佳磁化器組合為接收端磁化器個數(shù)為四個，激勵端磁化器個數(shù)為兩個。

本發(fā)明提供的自感知工作點的磁致伸縮導波檢測裝置，其通過多個霍爾元件測量外部空氣磁場強度的電壓值進而表征構(gòu)件的偏置磁場強度，通過磁場強度感測模塊采集不同位置處的磁場強度，并對應幅值曲線找出不同位置處的磁場強度的對應幅值，進而將多個對應幅值進行求和平均獲得計算幅值，多次實驗以找到最大計算幅值及其所對應的磁化器的個數(shù)，最終實現(xiàn)磁致伸縮導波檢測工作點的優(yōu)化，提高檢測靈敏度，過程簡單，耗時較短，無需重復開機。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。