CN105182260B - 磁导率的涡流检测装置以及基于该装置的检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁导率的涡流检测装置以及基于该装置的检测方法及***，通过设定合适的激励频率，得到电导率不敏感深度，通过电导率不敏感深度设置被测试件的放置深度，从而解决了电导率影响磁导率检测的问题；在该装置的基础上本发明还提供了基于该装置的磁导率涡流检测方法及***，使得磁导率的检测更加准确。

Description

磁导率的涡流检测装置以及基于该装置的检测方法及***

技术领域

本发明属于电磁测量领域，具体涉及一种磁导率的涡流测量方法及***。

背景技术

磁导率是磁性材料重要的物理性能之一，其数值大小代表了磁性材料传导和通过磁力线的能力，对磁导率的测量在实际工程中有重要的意义。

相比于其它的无损检测技术，涡流检测方法具有灵敏度高、适用于导电材料、造价低、不需要耦合剂以及可用于高温、薄管、细线和内空表面等难以进行检测的特殊场合等优点；而磁导率作为材料的基本属性之一，与涡流检测信号之间存在联系。因此可以采用涡流检测技术进行磁导率的检测。

根据涡流检测理论，在涡流探头线圈结构固定和激励频率一定、被测对象电导率均匀分布的情况下，被测对象磁导率变化会影响被测对象中涡流引起的二级磁场的强度，从而影响耦合的磁感应强度。通过上述原理可建立磁导率和耦合磁场强度之间的函数关系，通过反演求解，实现对磁导率的检测。然而，材料的另一电磁特性——电导率，同样会对涡流检测信号产生影响，如何排除电导率对检测信号的影响从而实现对磁导率的检测，是用涡流方法检测磁导率所要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明为解决的上述技术问题，利用电导率不变性现象，提出一种磁导率的涡流检测装置以及基于该装置的检测方法及***。

本发明采用的技术方案是：磁导率的涡流检测装置，包括：涡流探头以及测试部分，所述涡流探头置于测试部分正上方，且所述涡流探头包括两个呈上下对称分布的磁传感器以及围绕磁传感器轴线的激励线圈；

所述测试部分包括被测试件、检测夹层、夹紧部件；所述检测夹层用于固定被测试件，检测夹层包括第一检测夹层以及第二检测夹层，所述第一检测夹层位于被测试件上表面，所述第二检测夹层位于被测试件下表面；所述夹紧部件用于夹紧检测夹层与被测试件，所述夹紧部件呈凹状，开口一侧向内延伸出夹紧扣件。

进一步地，所述检测夹层电导率与被测试件的电导率为同一数量级。

更进一步地，确定第一检测夹层的厚度的方法为：

S01：设定激励频率，以检测夹层电导率为基准电导率，得到耦合电磁场强度z分量不随被测试件深度而改变的基准线；

S02：根据设定的激励频率，取基准电导率的M个不同倍数的电导率，得到M个电导率对应的被测试件深度与耦合电磁场强度z分量的M条曲线；并获得该激励频率下的M个曲线与基准线的交点对应耦合电磁场强度z分量的最大值与最小值；

S03：取不同的激励频率值，重复步骤S01至步骤S02，得到各频率下各曲线的交点对应的耦合电磁场强度z分量值与基准线耦合电磁场强度z分量值的差值，选择差值小于等于N的激励频率，则该激励频率对应的曲线与基准线的交点深度最大值与最小值的中间深度值为电导率不敏感深度，从而根据得到的不敏感深度设置第一检测夹层的厚度。

本发明的又一技术方案为：基于所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测方法，包括以下步骤：

S1：将产生的正弦激励信号输入涡流探头激励线圈，在被测对象和涡流探头激励线圈之间形成耦合电磁场，根据形成的耦合电磁场的磁场强度得到响应信号；

S2：对由步骤S1得到的响应信号进行放大滤波处理；

S3：对来自步骤S2的信号进行信号幅值的采集；

S4：根据得到的信号幅值计算磁导率。

进一步地，所述步骤S4计算磁导率的公式为：

u＝u_r*u₀

其中，u_r表示相对磁导率，u₀＝4π*10^-7H/m为磁性常数，H/m表示磁性常数的单位亨利每米。

本发明的又一技术方案为：基于所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测***，包括正弦激励信号发生模块、检测装置、信号放大滤波模块、信号采集模块、磁导率计算模块；

所述正弦激励信号发生模块用于产生正弦激励信号；所述检测装置用于根据正弦激励信号得到响应信号；所述信号放大滤波模块用于对响应信号进行放大处理；所述信号采集模块用于采集经信号放大滤波模块处理的信号幅度值；所述磁导率计算模块用于根据信号采集模块得到的信号幅度值计算磁导率。

本发明的有益效果：本发明的磁导率的涡流检测装置以及基于该装置的检测方法及***，通过设定合适的激励频率，得到电导率不敏感深度，通过电导率不敏感深度设置被测试件的放置深度，从而解决了电导率影响磁导率检测的问题；在该装置的基础上本发明还提供了基于该装置的磁导率涡流检测方法及***，使得磁导率的检测更加准确。

附图说明

图1为本发明提供的磁导率的涡流检测装置；

其中，1为磁传感器，2为激励线圈，3为被测试件，4为检测夹层，5为夹紧部件。

图2为本发明提供的基准电导率、激励频率一定时，耦合电磁场强度z分量不随被测试件深度而改变的示意图。

图3为本发明提供的最优激励频率下的电导率不变性现象图。

图4为本发明实施例提供的激励频率分别为5kHz和15kHz时得到的电导率不变性现象图；

其中，a图为激励频率为5kHz时得到的电导率不变性现象图；b图为激励频率为5kHz时得到的电导率不变性现象图。

图5为本发明的磁导率的涡流检测方法流程图。

图6为本发明的磁导率的涡流检测***示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

如图1所示为本发明提供的磁导率的涡流检测装置，包括：涡流探头以及测试部分，所述涡流探头置于测试部分正上方，且所述涡流探头包括两个呈上下对称分布的磁传感器1以及围绕磁传感器轴线的激励线圈2；

所述测试部分包括被测试件3、检测夹层4、夹紧部件5；所述检测夹层4用于固定被测试件3，检测夹层4包括第一检测夹层以及第二检测夹层，所述第一检测夹层位于被测试件上表面，所述第二检测夹层位于被测试件下表面；所述夹紧部件5用于夹紧检测夹层4与被测试件3，所述夹紧部件5呈凹状，开口一侧向内延伸出夹紧扣件。

本发明的磁导率的涡流检测装置，检测夹层4为金属层，金属层的电导率和被测试件3的电导率为同一数量级，以实现电导率不变性现象，从而确定电导率不敏感深度，根据电导率不敏感深度布置被测试件3，即以电导率不敏感深度作为第一检测夹层的厚度。被测试件的厚度为0～0.3mm。

其中，确定第一检测夹层的厚度的方法为：

S01：设定激励频率，以检测夹层电导率为基准电导率，得到耦合电磁场强度z分量不随被测试件深度而改变的基准线；如图2所示，当激励频率一定时，耦合电磁场强度z分量不随被测试件深度而改变。

S02：根据设定的激励频率，取基准电导率的M个不同倍数的电导率，得到M个电导率对应的被测试件深度与耦合电磁场强度z分量的M条曲线；并获得该激励频率下的M个曲线与基准线的交点对应耦合电磁场强度z分量的最大值与最小值；

S03：取不同的激励频率值，重复步骤S01至步骤S02，得到各频率下各曲线的交点对应的耦合电磁场强度z分量值与基准线耦合电磁场强度z分量值的差值，选择差值小于等于N的最大激励频率，则该激励频率对应的曲线与基准线的交点深度最大值与最小值的中间深度值为电导率不敏感深度，从而根据得到的不敏感深度设置第一检测夹层的厚度。其中，N的值可以根据所选的检测夹层材料不同进行设定，本实施例中激励频率为9kHz，N为0.00005G。

如图3所示，基准电导率的不同倍数为使得基准电导率增大或减小的10％-200％倍数，得到M个电导率对应的被测试件深度与耦合电磁场强度z分量的M条曲线；并获得该激励频率下的M个曲线与基准线的交点深度最大值与最小值；为便于描述本身请将特定激励频率下得到的M个电导率对应的被测试件深度与耦合电磁场强度z分量的M条曲线图，称为该激励频率对应的电导率不变性现象图；将该激励频率下的M个曲线与基准线的交点深度最大值与最小值的差值称为电导率不变性现象图的交汇区域集中度。

如图4所示，为本发明实施例提供的激励频率分别为5kHz和15kHz时得到的电导率不变性现象图。由于不同激励频率下，得到的电导率不变性现象图的交汇区域集中度也各不相同，当激励频率为5kHz时，交汇区域深度偏深，信号偏弱，而且聚合点之后各曲线没有明显发散，不利于现象的应用；而激励频率为15kHz时，曲线与基准线的交汇区域较为扩散，不集中，因此本发明选取交汇区域集中度较好的激励频率作为磁导率的涡流检测的激励频率。如图3所示，当检测夹层电导率为σ₀时，设定激励频率为9kHz，得到电导率不敏感深度h₀。

如图5所示为本发明实施例提供的磁导率的涡流检测方法流程图，根据得到的不敏感深度设置第一检测夹层的厚度的磁导率的涡流检测装置，对被测试件磁导率进行检测。本发明提供一种基于所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测方法，具体包括以下步骤：

S1：将产生的正弦激励信号输入涡流探头激励线圈，在被测对象和涡流探头激励线圈之间形成耦合电磁场，根据形成的耦合电磁场的磁场强度得到响应信号；

S2：对由步骤S1得到的响应信号进行放大滤波处理；

S3：对来自步骤S2的信号进行信号幅值的采集；

S4：根据得到的信号幅值计算磁导率。

计算磁导率的公式为：

u＝u_r*u₀

其中，u_r表示相对磁导率，u₀＝4π*10^-7H/m为磁性常数，H/m表示磁性常数的单位亨利每米。

所述参数p₁、p₂、q₁的值根据具体的B_z的值而定，如表1所示。具体的B_z的值根据公式B_z＝k*V₀计算得到，其中k值根据具体的传感器型号而定。

表1参数p₁、p₂、q₁的值根据具体的B_z的值而定

如图6所示为本发明实施例提供的磁导率的涡流检测***示意图，根据得到的不敏感深度设置第一检测夹层的厚度的磁导率的涡流检测装置，对被测试件磁导率进行检测。本发明提供一种基于所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测***，包括正弦激励信号发生模块、检测装置、信号放大滤波模块、信号采集模块、磁导率计算模块；

所述正弦激励信号发生模块用于产生正弦激励信号；所述检测装置用于根据正弦激励信号得到响应信号；所述信号放大滤波模块用于对响应信号进行放大处理；所述信号采集模块用于采集经信号放大滤波模块处理的信号幅度值；所述磁导率计算模块用于根据信号采集模块得到的信号幅度值计算磁导率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.磁导率的涡流检测装置，其特征在于，包括涡流探头以及测试部分，所述涡流探头置于测试部分正上方，且所述涡流探头包括两个呈上下对称分布的磁传感器以及围绕磁传感器轴线的激励线圈；

所述测试部分包括被测试件、检测夹层、夹紧部件；所述检测夹层用于固定被测试件，检测夹层包括第一检测夹层以及第二检测夹层，所述第一检测夹层位于被测试件上表面，所述第二检测夹层位于被测试件下表面；所述夹紧部件用于夹紧检测夹层与被测试件，所述夹紧部件呈凹状，开口一侧向内延伸出夹紧扣件。

2.根据权利要求1所述的磁导率的涡流检测装置，其特征在于，所述检测夹层电导率与被测试件的电导率为同一数量级。

3.根据权利要求2所述的磁导率的涡流检测装置，其特征在于，确定第一检测夹层厚度的方法为：

S01：设定激励频率，以检测夹层电导率为基准电导率，得到耦合电磁场强度z分量不随被测试件深度而改变的基准线；

S02：根据设定的激励频率，取基准电导率的M个不同倍数的电导率，得到M条电导率对应的被测试件深度与耦合电磁场强度z分量的曲线；并获得该激励频率下的M个曲线与基准线的交点深度最大值与最小值；

S03：取不同的激励频率值，重复步骤S01至步骤S02，得到各频率下各曲线的交点对应的耦合电磁场强度z分量值与基准线耦合电磁场强度z分量值的差值，选择最大差值小于等于N的最大激励频率，则该激励频率对应的曲线与基准线的交点深度最大值与最小值的中间深度值为电导率不敏感深度，从而根据得到的不敏感深度设置第一检测夹层的厚度。

4.基于权利要求1所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将产生的正弦激励信号输入涡流探头激励线圈，在被测试件和涡流探头激励线圈之间形成耦合电磁场，根据形成的耦合电磁场的磁场强度得到响应信号；

S2：对由步骤S1得到的响应信号进行放大滤波处理；

S3：对来自步骤S2的信号进行信号幅值的采集；

S4：根据得到的信号幅值计算磁导率。

5.根据权利要求4所述的磁导率的涡流检测方法，其特征在于，所述步骤S4计算磁 导率的公式为：

u＝u_r*u₀

其中，u_r表示相对磁导率，u₀＝4π*10^-7H/m为磁性常数，H/m表示磁性常数的单位亨利每米。

6.基于权利要求1所述磁导率的涡流检测装置的磁导率的涡流检测***，其特征在于，包括正弦激励信号发生模块、检测装置、信号放大滤波模块、信号采集模块、磁导率计算模块；

所述正弦激励信号发生模块用于产生正弦激励信号；所述检测装置用于根据正弦激励信号得到响应信号；所述信号放大滤波模块用于对响应信号进行放大处理；所述信号采集模块用于采集经信号放大滤波模块处理的信号幅度值；所述磁导率计算模块用于根据信号采集模块得到的信号幅度值计算磁导率。