CN102661995B

CN102661995B - 一种电磁超声与漏磁复合的检测方法

Info

Publication number: CN102661995B
Application number: CN201210147358.8A
Authority: CN
Inventors: 吴德会; 张志杰; 孙宝康; 张海荣
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN102661995A

Abstract

一种电磁超声与漏磁复合的检测方法，涉及一种无损检测方法。在漏磁检测的基本原理上，增加能产生动态交变磁场的EMAT激发线圈及接收超声回波的EMAT检测线圈。当在EMAT激发线圈中激发脉冲电流时，产生向被测钢板另一侧传播的电磁超声波。电磁超声波遇到被测钢板外壁时会产生超声回波，利用EMAT检测线圈拾取超声回波。通过对拾取到的超声回波进行分析，就可以获知缺陷的位置，实现内、外壁层次的定位。最后，再融合漏磁检测信号提供的缺陷形态信息，就可形成“复合无损检测”的效果，从而重构缺陷实际形态和深度。有效克服现有技术对于缺陷的判定效果不理想、准确率不高的缺点，结构简单、非接触式测量。

Description

一种电磁超声与漏磁复合的检测方法

技术领域

本发明涉及一种无损检测方法，尤其是涉及一种基于电磁超声和漏磁复合的检测方法。

背景技术

随着漏磁方法在储罐、管道等钢板检测的广泛应用，对缺陷深度的定位越来越重要。一方面，有利于在探伤报告中对腐蚀缺陷的成因进行精确描述；另一方面，随着腐蚀内、外壁层次（即深度）的定位，更能精确评价检测信号，提高检测结果的量化精度。目前广泛使用的漏磁检测方法，由于可在被测钢板两侧均会产生相似的漏磁场，因此难以对腐蚀发生的具体深度进行评估。而针对漏磁检测内、外壁区分方法，国外均采用信号滤波处理的思路来实现。但事实上，引起信号频率特征变化的不仅仅是腐蚀的位置，检测的速度及腐蚀的几何形状等也会反映到信号波形和频率上，因此信号滤波处理的传统思路效果不理想，准确率徘徊在50%，难以在实际工程应用中推广。

中国专利CN101354380A公开一种涡流、电磁超声组合式无损检测方法，该方法利用涡流检测对于被测对象表面和亚表面的缺陷灵敏，以及相比于涡流检测法，电磁超声可以检测厚度厚得多的材质。通过将涡流检测和电磁超声检测相结合，实现了被测对象检测结果的相互检验，同时也可以相互补偿，从而实现检测被测对象表面和更深度缺陷的目的。但是，该方法只能得到被测对象表面有无缺陷的信息以及被测对象表面及其以下深度的信息，无法获知缺陷的实际形态信息。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述现有技术的不足，提供一种电磁超声与漏磁复合检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种电磁超声与漏磁复合检测方法

所述电磁超声与漏磁复合检测装置设有磁芯、永磁体、EMAT激发线圈、EMAT检测线圈、漏磁检测元件，所述永磁体固定于磁芯较细的一端，EMAT激发线圈、EMAT检测线圈固定于永磁体的正下方和待测钢板上方；所述漏磁检测元件固定于探头两端的中间并置于待测钢板上方。

所述磁芯可采用L型磁芯或U形磁芯等。

所述电磁超声与漏磁复合检测方法，采用所述电磁超声与漏磁复合检测装置，所述检测方法包括以下步骤：

1）将电磁超声与漏磁复合检测装置置于待测钢板表面，并按设定的提离值H1对待测钢板进行扫描检测，其中，永磁体、EMAT激发线圈、EMAT检测线圈及待测钢板构成电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer，简称EMAT），电磁超声换能器是一种在导体中激励和接收超声波的换能装置；

2）在EMAT激发线圈中施加激励信号，从而形成垂直于待测钢板表面入射的电磁超声波，电磁超声波向待测钢板另一侧传播，遇到待测钢板外壁时，将产生超声回波，同时，在永磁体的作用下，待测钢板被局部磁化至饱和状态，这时在缺陷处将产生漏磁场；

3）通过EMAT检测线圈拾取步骤2）中产生的超声回波，同时，利用漏磁检测元件以设定的提离值H2对步骤2）中产生的漏磁场进行测量，将拾取到的超声回波信号与漏磁检测元件的输出信号（即漏磁信号）送入信号处理单元中；

4）分别对送入超声回波信号通道中的回波信号和送入漏磁信号通道中的漏磁信号进行放大和滤波处理，再将处理后的数据经A/D转换器转换成数字信号后，分别送入信息处理***；

5）在信息处理***中，将接收到的数字信号进行分析处理后，得到超声回波信号与漏磁信号的波形图，由于信号不同步，通过对漏磁信号时域平移来达到两种信号同步显示的目的；

6）进一步将步骤5）中处理后的两种反映缺陷不同信息的信号波形图像处理成可以显示在同一界面的同步信号显示在显示器上，设定好第一个回波幅值的下限阈值A0以及接收到第一个回波所用时间的下限阈值T0；

7）在有漏磁信号的前提下，对超声回波信号图像进行分析，将得到的第一个回波信号的幅值A和所用时间T与设定阈值A0和T0进行比较；若A<A0，则缺陷位于钢板的内壁；若T<T0，则缺陷位于钢板的外壁或内部；再通过对漏磁信号图像的分析，采用常规漏磁检测分析方法获得缺陷的形态信息，从而可同时实现缺陷实际形态的获知和内、外壁层次（即深度）的定位，重构出缺陷实际形态与深度，完成一次对缺陷的检测。

在步骤1）中，所述EMAT激发线圈与EMAT检测线圈可以分别由两个线圈制作而成，也可以是一个收发一体式线圈。

在步骤3）中，所述信号处理单元可设有超声回波信号通道、漏磁信号通道、放大滤波模块、A/D转换器及信息处理***。

在步骤4）中，所述信息处理***可采用单片机、DSP、PC机等。

所述提离值H1可为1～4mm，H2为0.2～3mm；所述电磁超声信号在常规漏磁检测信号采样的间隙中激发；所述激励信号采用频率为50kHz~2MHz的正弦波脉冲激励信号；所述漏磁检测元件为磁敏感元件。

本发明在漏磁检测的基本原理上，增加能产生动态交变磁场的EMAT激发线圈及接收超声回波的EMAT检测线圈；采用了一种探测冗余的方案，即根据漏磁和电磁超声两种无损检测方法的特点，对同一缺陷利用两个独立检测单元进行探测。利用电磁超声的提离效应和超声波回波测量原理，从电磁超声回波信号中得到缺陷的深度信息，从而利用两种检测方法所提供信息的“互补性”，在漏磁检测的基础上有效地实现内、外壁层次的定位，实现缺陷实际形态和深度信息的同时获知。另外，电磁超声和漏磁检测均属于“非接触”无损检测技术，因此两种技术复合而成的无损检测新技术仍是“非接触”型的，能满足实际检测的要求。本发明还具有结构简单、测量快捷方便、无需耦合剂等特点。

附图说明

图1为电磁超声与漏磁复合的检测原理图；其中：细方向线表示磁力线，粗方向线表示EMAT线圈激发的垂直入射超声波。

图2为钢板无缺陷时利用电磁超声检测缺陷原理示意图。

图3为钢板无缺陷时的EMAT检测线圈接收到的信号波形u-t图。在图3中，u为接收到的超声回波幅值（mV），t为时间（μs）。

图4为缺陷位于钢板内壁时利用电磁超声检测缺陷原理示意图。

图5为缺陷位于钢板内壁时的EMAT检测线圈接收到的信号波形u-t图。在图5中，u为接收到的超声回波幅值（mV），t为时间（μs）。

图6为缺陷位于钢板外壁或内部时利用电磁超声检测缺陷原理示意图。

图7为缺陷位于钢板外壁或内部时的EMAT检测线圈接收到的信号波形u-t图。在图7中，u为接收到的超声回波幅值（mV），t为时间（μs）。

图8和图9为利用漏磁检测缺陷原理图。

在图1～9中，各标记为：L型磁芯1，永磁体2，EMAT激发线圈3，漏磁检测元件4，待测钢板5，提离值H1，提离值H2，扫查方向A，垂直入射超声波及回波B，磁力线C。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明提供的检测方法：

图1为该方法检测装置原理图。本发明的检测装置主要由L型磁芯1、永磁体2、EMAT激发线圈3（同时也作为EMAT检测线圈）、漏磁检测元件4组成。永磁体2固定于L型磁芯较细的一端。EMAT激发线圈3固定于永磁体2的正下方，并以一定的提离值H1置于待测钢板5上方。漏磁检测元件4固定于探头两端的中间，并以一定的提离值H2置于待测钢板5上方。

本发明方法的检测原理是在漏磁检测的基本原理上，增加能产生动态交变磁场的EMAT激发线圈及接收超声回波的EMAT检测线圈，利用电磁超声的提离效应和超声波回波测量原理，从电磁超声回波信号中得到缺陷的深度信息，实现内、外壁缺陷层次的定位。再结合漏磁检测信号，采用常规漏磁检测分析方法获知缺陷形态信息，达到重构缺陷实际形态和深度的目的。

电磁超声检测部分，如图2～7所示，利用EMAT激发线圈3激发的垂直入射超声波对被测钢板5进行检测。无缺陷时，入射波碰到底面后产生回波，如图2和3所示；当缺陷位于被测钢板内表面时，相当于改变了EMAT激发线圈的提离值，从而改变了被测钢板表面形成涡流的强度，亦会明显影响所激发电磁超声的强度，此时EMAT检测线圈检测到的第一个回波幅值小于无缺陷情况下的第一个回波幅值，如图4和5；当缺陷位于被测钢板外表面或内部时，主要影响的是超声回波的作用时间，相比于无缺陷情况，EMAT检测线圈将会提前检测到第一个超声回波，如图6和7。通过对EMAT检测线圈得到的信号进行分析处理可获知缺陷的深度信息。

漏磁检测部分，如图8和9所示，永磁体将被测钢板5磁化至饱和状态时，内表面和外表面缺陷都能激发出漏磁信号，漏磁信号因缺陷的形态不同而不同，且都能被置于内表面上方的漏磁检测元件4检测到。利用一排紧密排列的漏磁检测元件采集漏磁信号，将采集到的漏磁信号利用常规漏磁检测方法进行分析处理可获知缺陷的形态信息。

由于电磁超声和漏磁对偏置磁场的方向要求不同，EMAT线圈和漏磁检测元件在探头结构上的位置也有所差别。因此，当探头在如图1所示的扫查方向运动时，对于同一缺陷，漏磁检测的信号存在一定固定的滞后。这个问题可以在检测信号后处理时，通过信号时域平移来解决。将两种信号同步之后，通过分析获得的电磁超声信号和漏磁信号，便可重构缺陷的实际形态和深度信息，并有效地区分内、外壁缺陷。

实施例

选取厚度为8mm的Q235钢板作为检测对象，永磁体选择长50mm，宽30mm，厚20mm的N35钕铁硼。EMAT激发线圈（同时也作为EMAT检测线圈）采用印刷电路（PCB）制作的折线线圈，PCB板厚为1mm，线宽为0.5mm。将探头结构以2mm的提离值置于待测钢板的上方，用型号为AH3503的霍尔元件作为漏磁检测元件，以1mm的提离值测量钢板表面的漏磁场。以一定的检测速度（4m/min）对钢板进行扫描检测。在漏磁检测信号采样的间隙往EMAT激发线圈中施加1MHz的正弦波脉冲信号，并用EMAT检测线圈检测回波信号。将EMAT检测线圈检测到的超声回波信号和霍尔元件检测到的漏磁信号分别送入不同通道后进行放大滤波处理，再将处理后的数据经A/D转换器转换成数字信号后，分别送入PC机进行处理并在显示器上同步显示出信号波形。

设定无缺陷情况时，第一个回波幅值的下限阈值A0为200mV，接收到第一个回波所用时间T0为10μs。将检测到的第一个超声回波信号的幅值A和时间T分别与A0、T0进行比较，若A<200mV，则缺陷位于钢板的内壁；若T<10μs，则缺陷位于钢板的外壁或内部。再结合漏磁检测信号,利用常规漏磁检测方法获知缺陷形态信息，可重构缺陷的实际形态和深度。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种电磁超声和漏磁复合的检测方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例做任何简单修改、等同变化和修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于采用电磁超声与漏磁复合检测装置，所述装置设有磁芯、永磁体、EMAT激发线圈、EMAT检测线圈、漏磁检测元件，所述永磁体固定于磁芯较细的一端，EMAT激发线圈、EMAT检测线圈固定于永磁体的正下方和待测钢板上方；所述漏磁检测元件固定于电磁超声与漏磁复合检测装置两端的中间并置于待测钢板上方；

所述检测方法包括以下步骤：

1)将电磁超声与漏磁复合检测装置置于待测钢板表面，并按设定的提离值H1对待测钢板进行扫描检测，其中，永磁体、EMAT激发线圈、EMAT检测线圈及待测钢板构成电磁超声换能器，电磁超声换能器是一种在导体中激励和接收超声波的换能装置；

2)在EMAT激发线圈中施加激励信号，从而形成垂直于待测钢板表面入射的电磁超声波，电磁超声波向待测钢板另一侧传播，遇到待测钢板外壁时，将产生超声回波，同时，在永磁体的作用下，待测钢板被局部磁化至饱和状态，这时在缺陷处将产生漏磁场；

3)通过EMAT检测线圈拾取步骤2)中产生的超声回波，同时，利用漏磁检测元件以设定的提离值H2对步骤2)中产生的漏磁场进行测量，将拾取到的超声回波信号与漏磁检测元件的输出信号送入信号处理单元中；

4)分别对送入超声回波信号通道中的回波信号和送入漏磁信号通道中的漏磁信号进行放大和滤波处理，再将处理后的数据经A/D转换器转换成数字信号后，分别送入信息处理***；

5)在信息处理***中，将接收到的数字信号进行分析处理后，得到超声回波信号与漏磁信号的波形图，由于信号不同步，通过对漏磁信号时域平移来达到两种信号同步显示的目的；

6)进一步将步骤5)中处理后的两种反映缺陷不同信息的信号波形图像处理成可以显示在同一界面的同步信号显示在显示器上，设定好第一个回波幅值的下限阈值A0以及接收到第一个回波所用时间的下限阈值T0；

7)在有漏磁信号的前提下，对超声回波信号图像进行分析，将得到的第一个回波信号的幅值A和所用时间T与设定阈值A0和T0进行比较；若A<A0，则缺陷位于钢板的内壁；若T<T0，则缺陷位于钢板的外壁或内部；再通过对漏磁信号图像的分析，采用常规漏磁检测分析方法获得缺陷的形态信息，从而可同时实现缺陷实际形态的获知和内、外壁层次的定位，重构出缺陷实际形态与深度，完成一次对缺陷的检测。

2.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于所述磁芯采用L型磁芯或U形磁芯。

3.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤1)中，所述EMAT激发线圈与EMAT检测线圈分别由两个线圈制作而成，或为一个收发一体式线圈。

4.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤1)中，所述提离值H1为1～4mm。

5.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤2)中，所述激励信号采用频率为50kHz～2MHz的正弦波脉冲激励信号。

6.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述信号处理单元设有超声回波信号通道、漏磁信号通道、放大滤波模块、A/D转换器及信息处理***。

7.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述提离值H2为0.2～3mm。

8.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述漏磁检测元件为磁敏感元件。

9.如权利要求1所述的一种电磁超声与漏磁复合检测方法，其特征在于在步骤4)中，所述信息处理***采用单片机、DSP或PC机。