CN107064217A - 一体化脉冲涡流感应热成像检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化脉冲涡流感应红外热成像检测装置及其检测方法，一体化脉冲涡流感应热成像检测装置包括产生交变磁场的电磁感应激励器、红外热像仪和嵌入式工控平板，所述电磁感应激励器的激励器线圈一端与嵌入式工控平板连接，另一端对准试件上的裂纹缺陷；所述的红外热像仪与嵌入式工控平板连接，红外热像仪采集试件红外图像传输到嵌入式工控平板。本发明采用脉冲涡流感应器作为激励源，并将红外热成像检测的激励与采集装置一体化，结构设计合理紧凑，可实现单手操作，现场实用性更强。通过工控平板电脑实现红外图像采集与激励器激励同步，使装置的操作更加简单方便，通过本发明实例提供的红外检测方法，能实现对多种缺陷的简单、快速检测。

Description

一体化脉冲涡流感应热成像检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及导电材料及其试件的无损检测领域，具体是一种一体化脉冲涡流感应激励热成像检测装置及其检测方法。

背景技术

金属等导电材料是现代机械结构、工程建筑及运输行业等领域的主要构建材料，广泛应用于工程结构中，如特殊军工产品制造中的坦克发动机复杂铸件、火工品、火药柱等部件，汽车制造中汽车半轴部件，航空发动机叶片，悬索桥的吊索，以及铁路运输钢轨等。金属等导电材料的广泛应用，在复杂环境影响下，必然会产生相应的健康状况，如由于气候等各种不定因素的影响，零部件材料内部或外部会因外界的作用产生弯曲、扭转、压缩、伸长、磨损、断裂等宏观上的损伤，直接关系到整个结构的安危。针对金属等导电材料构件损伤检测的高可靠性和高速度要求，利用感应涡流检测原理研究小型激励检测一体化的快速扫描红外热成像检测装置，有效解决金属等导电材料构件无损检测实践中的问题。

与一般感应加热装置不同，红外热像检测中作为激励源的脉冲感应电源，所面对的激励对象是不定的，而且根据检测对象往往还需要更换激励线圈，这意味着感应加热电源的电路调谐状态、加热负载发生变化。感应加热***的总工效即工件上得到的功率和电源输入的总效率之比与以下因素有关：电源的转换效率、感应加热电路的调谐状态、加热负载和线圈对电源的匹配状态、线圈与工件间的耦合状态。为了达到最高的转换效率，实现对检测对象的热激励，要求感应加热电源随着激励线圈、加热负载的变化进行自适应的调整。

西方发达国家的红外热成像技术已经非常成熟，在技术水平上处于决定领先地位。相比较而言，我国的红外热成像技术则起步较晚。近几年，国内从事红外热成像***研发的单位也在逐渐增加，主要有武汉高德红外、浙江大立、各大高校等。目前市场上主要有两种类型的红外热像检测仪：一种是红外热像仪和电脑组成一个功能强大、测量精度高的红外图像分析***来进行红外热像检测分析，其主要缺陷在于户外现场进行操作时有一定的不便性；另一种是手持式的红外热像仪，但功能往往不能满足客户的需求。上述两种***往往都需要再配置热激励源，因此，现有的红外成像检测***在实际应用过程中存在缺陷，难以很好地满足应用需求。

发明内容

本发明为了解决现有检测技术的问题，提供了一种一体化脉冲涡流感应激励热成像检测装置及其检测方法，实现对导电材料的便携、可靠和快速检测。

本发明提供的一体化脉冲涡流感应热成像检测装置包括产生交变磁场的电磁感应激励器、红外热像仪和嵌入式工控平板，所述电磁感应激励器的激励器线圈一端与嵌入式工控平板连接，另一端对准试件上的裂纹缺陷；所述的红外热像仪与嵌入式工控平板连接，红外热像仪采集检测红外图像传输到嵌入式工控平板。

所述的电磁感应激励器（3）包括激励电源、激励线圈以及制冷装置，采用脉冲激励工作方式，即一次激励时间有限，以毫秒计，如200ms。为满足更多材料的检测需求，激励源工作在中频段。与一般电磁感应使用的高频激励源相比较，优点在于可根据不同形状的激励线圈负载自动耦合匹配最优谐振频率，使输出功率达到最大。采用串联谐振电路，使电路的“谐振”频率等于或接近感应加热供电电源的频率，只有当加热负载和加热线圈都和电源相匹配，同时电路也调谐适当，才能得到最高的转换效率。实际应用中，采用电容器组来调节感应加热电路，以使回路的谐振频率接近电源频率。谐振状态补偿电容需承受电源输出电压的Q 倍，高电压、大电流对补偿电容要求较高，为此设计了足够大的陶瓷绝缘固体电容器，满足了应用要求。

其中，为了使电路工作在谐振状态，确保逆变器功率因素接近或为1，实现对电路工作频率的跟踪是关键，为此针对本***实际应用中需要经常起动的状况，采用过渡时间短、超调小的电流过零点同步技术进行频率跟踪。

该激励源的基本参数如下：最大激励功率为2.4kW，最大电流400A，激励频率范围150kHz-400kHz，激励时间根据需要可调控。

进一步改进，所述的嵌入式工控平板包括嵌入式工控主板以及连接在嵌入式工控主板上的电源模块、储存盘、触摸显示屏、串口和视频/图像接口，其中通过串口控制设备与电磁感应激励器连接，通过视频/图像接口与红外热像仪连接。

本发明还提供了一种一体化涡流热成像检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1）将电磁感应激励器通过串口连接到嵌入式工控平板上，嵌入式工控平板通过串口对激励器进行激励控制，将红外热像仪通过视频/图像接口连接到嵌入式工控平板上，视频/图像接口为红外热像仪供电并进行数据通信；

2）调整电磁感应激励器、红外热像仪和试件之间的位置，使电磁感应激励器的激励器线圈和红外热像仪对准试件；

3）红外热像仪采集试件红外图像，在嵌入式工控平板上进行显示，设置红外热像仪参数调整图像清晰度，参数包括测量温度范围、发射率和环境温度；

4）调整设置嵌入式工控平板的采集参数，检测过程有两种方法；

4.1）拍摄一段指定时长的红外视频，在此段时间内可以指定激励的次数，每次激励之间的时间间隔根据时长由加热间隔设置；

4.2）每段红外视频中只激励一次，选择合适的模式后，再根据缺陷的个数和每个缺陷检测所需的时间对加热次数和加热间隔进行设置，根据加热次数和加热间隔进行初步的拍摄时间的计算和设置；

5）嵌入式工控平板根据步骤4）设置的参数进行红外图像的采集和电磁感应激励器的激励，激励器线圈对准试件上的一处裂纹缺陷，电磁感应激励器自动进行激励，在激励的整个过程中，红外热像仪同时采集红外图像，并将采集到的红外图像发送至嵌入式工控平板，嵌入式工控平板一方面对采集到的红外图像进行实时显示，另一方面对其进行保存；在第一处裂纹检测完后，在下次激励到来之前将激励线圈移到下一处裂纹处，使激励器线圈对准第二处裂纹并进行激励采集，直到所有缺陷检测完，等到设置的拍摄时间到后，一轮的检测便完成，嵌入式工控平板的储存盘对检测过程采集的红外视频图像进行保存。

本发明有益效果在于：采用脉冲涡流感应激励源，通过合理的电路设计，实现了激励线圈负载自动耦合匹配最优谐振频率，使输出功率达到最大；将电磁感应激励器和红外热像仪、***主机一体化，结构设计合理紧凑，可实现单手操作，实用性更强；软件功能丰富，实现热像仪与激励器同步工作，使激励器在采集红外图像过程中自动进行激励，从而使整个检测过程更加流畅、更加方便、更加高效。另外，通过对激励器的控制，可实现电磁感应激励器的持续激励和间歇激励，使激励检测更加灵活，满足现场不同检测的需要。

附图说明

图1是一体化脉冲涡流感应热成像检测装置的结构示意图。

图2是一体化脉冲涡流感应热成像检测装置的三维结构示意图。

图3是一体化脉冲涡流感应热成像检测装置的模块结构框图。

图4是串联谐振电路原理图

图5是电流过零同步技术频率跟踪电路图

图6是红外热像仪采集的红外图像示意图。

具体实施方式

本发明提供的一体化脉冲涡流感应热成像检测装置如图1、图2、图3所示，包括产生交变的磁场的电磁感应激励器3、红外热像仪4和嵌入式工控平板5，所述电磁感应激励器3的激励器线圈一端与嵌入式工控平板5连接，另一端对准试件1上的裂纹缺陷2；所述的红外热像仪4与嵌入式工控平板5连接，红外热像仪4采集准试件1上红外图像传输到嵌入式工控平板。

所述的嵌入式工控平板5包括嵌入式工控主板以及连接在嵌入式工控主板上的电源模块、储存盘、触摸显示屏、串口和USB接口，其中串口通过控制设备与电磁感应激励器3连接，USB接口与红外热像仪4连接。

本发明设计的脉冲涡流感应装置的调谐电路如图4、5所示。包括串联谐振电路和电流过零点同步频率跟踪电路，感应加热电路的调谐通常是指调节包括感应线圈和工件的振荡槽路中的电容和电感，使电路的“谐振”频率等于或接近感应加热供电电源的频率。电路调谐保证得到最高的转换效率。

本发明还提供了一种一体化脉冲涡流感应热成像检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1）将电磁感应激励器通过串口连接到嵌入式工控平板上，嵌入式工控平板通过串口对激励器进行激励控制，将红外热像仪通过视频/图像接口连接到嵌入式工控平板上，视频/图像接口为红外热像仪供电并进行数据通信；

2）调整电磁感应激励器、红外热像仪和试件之间的位置，使电磁感应激励器的激励器线圈和红外热像仪对准试件；

3）红外热像仪采集试件红外图像（如图6所示），在嵌入式工控平板上进行显示，设置红外热像仪参数调整图像清晰度，参数包括测量温度范围、发射率和环境温度；

4）调整设置嵌入式工控平板的采集参数，检测过程包括两种模式；

模式一指的是拍摄一段指定时长的红外视频，该时长由“拍摄时间”调整框设置，在此段时间内可以激励指定的次数，次数由“加热次数”调整框设置，每次激励之间的时间间隔由“加热间隔”调整框设置；

模式二与模式一的不同在于每一段红外视频中只激励一次，或者说激励多少次就对应多少段红外视频。选择合适的模式后，再根据缺陷的个数和每个缺陷检测所需的时间对“加热次数”和“加热间隔”进行设置，根据加热次数和加热间隔***会进行初步的拍摄时间的计算和设置，若对拍摄时间不满意可进行调整，设置好后点击“开始采集”按钮开始检测。

5）嵌入式工控平板根据步骤4）设置的参数进行红外图像的采集和电磁感应激励器的激励，使激励器线圈对准试件上的一处裂纹缺陷，红外热象仪开始采集后电磁感应激励器自动进行激励，在激励的整个过程中，红外热像仪同时采集红外图像（如图4所示），并将采集到的红外图像发送至嵌入式工控平板，嵌入式工控平板一方面对采集到的红外图像进行实时显示，另一方面对其进行保存；在第一处裂纹检测完后，在下次激励到来之前将装置移到下一处裂纹处，使激励器线圈对准第二处裂纹并进行激励采集，直到所有缺陷检测完，等到拍摄时间到后，一轮的检测便完成，嵌入式工控平板的储存盘对此过程采集的红外视频进行保存。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种一体化脉冲涡流感应激励热成像检测装置，其特征在于：包括产生交变磁场的电磁感应激励器（3）、红外热像仪（4）和嵌入式工控平板（5），所述电磁感应激励器（3）的激励器线圈一端与嵌入式工控平板（5）连接，另一端对准试件（1）上的裂纹缺陷（2）；所述的红外热像仪（4）与嵌入式工控平板（5）连接，红外热像仪（4）采集试件（1）上红外图像传输到嵌入式工控平板。

2.根据权利要求1所述的一体化脉冲涡流感应激励热成像检测装置，其特征在于：所述的电磁感应激励器（3）包括激励电源、激励线圈以及制冷装置，采用脉冲激励工作方式，即一次激励时间有限，根据需要选择激励时间，最大激励功率为2.4kW，最大电流400A，激励源工作在中频段，激励频率范围150kHz-400kHz，根据不同形状的激励线圈负载自动耦合匹配最优谐振频率，使输出功率达到最大。

3.根据权利要求1或2所述的一体化脉冲涡流感应激励热成像检测装置，其特征在于：电磁感应激励器（3）、红外热像仪（4）和嵌入式工控平板（5）之间采用串联谐振电路连接，电路的“谐振”频率等于或接近感应加热供电电源的频率，采用电容器组调节感应加热电路。

4.一种一体化涡流热成像检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将电磁感应激励器通过串口连接到嵌入式工控平板上，嵌入式工控平板通过串口对激励器进行激励控制，将红外热像仪通过视频/图像传输接口连接到嵌入式工控平板上，接口同时为红外热像仪供电并进行数据通信；

2）调整电磁感应激励器、红外热像仪和试件之间的位置，使电磁感应激励器的激励器线圈和红外热像仪对准试件；

3）红外热像仪采集试件红外图像，并在嵌入式工控平板上实时显示，设置红外热像仪参数调整图像清晰度；

4）通过嵌入式工控平板调整设置采集参数；

5）嵌入式工控平板根据步骤4）设置的参数进行红外图像的采集和电磁感应激励器的激励，使激励器线圈对准试件上的一处裂纹缺陷，电磁感应激励器自动进行激励，在激励的整个过程中，红外热像仪实时采集红外图像，并将采集到的红外图像传送至嵌入式工控平板，嵌入式工控平板一方面对采集到的红外图像进行实时显示，另一方面对其进行保存；在第一处裂纹检测完后，在下次激励到来之前将装置移到下一处裂纹处，使激励器线圈对准第二处裂纹并进行激励采集，直到所有缺陷检测完，在设置的拍摄时间到后，一轮的检测便完成，嵌入式工控平板的储存盘对此过程采集的红外视频进行保存。

5.根据权利要求4所述的一体化脉冲涡流感应激励红外热成像检测装置的检测方法，其特征在于：步骤3）所述的红外热像仪参数包括测量温度范围、发射率和环境温度。

6.根据权利要求4所述的一体化脉冲涡流感应激励红外热成像检测装置的检测方法，其特征在于：步骤4）所述的通过嵌入式工控平板调整设置采集参数过程包括两种方法，

1）拍摄一段指定时长的红外视频，在此段时间内可以指定激励的次数、每次激励之间的时间间隔；

2）每段红外视频中只记录一次激励检测过程，选择合适的模式后，再根据缺陷的个数和每个缺陷检测所需的时间对加热次数和加热间隔进行设置，根据加热次数和加热间隔进行初步的拍摄时间的计算和设置。