CN108918653A - 铁磁性细长构件无损检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁磁性细长构件无损检测装置，包括无损检测主体和感应线圈，所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括线圈安装骨架，所述线圈安装骨架上设有凸起部，所述感应线圈安装在所述凸起部上。本发明还提供了一种铁磁性细长构件无损检测方法，采用上述中任一项所述的铁磁性细长构件无损检测装置进行金属截面积损失无损检测。本发明的有益效果是：增设线圈安装骨架和非导磁绕线骨架，将感应线圈绕制在非导磁绕线骨架上，线圈安装骨架为缺陷磁通提供特定路径，可有效提高感应线圈用于LMA检测信号的信噪比，且感应线圈结构简单，绕制以及安装方便。

Description

铁磁性细长构件无损检测装置与方法

技术领域

本发明涉及检测装置，尤其涉及一种铁磁性细长构件无损检测装置与方法。

背景技术

钢丝绳无损检测研究主要分为两大类：金属截面积损失(LMA，Loss of MetallicArea)和局部损伤(LF，Localized Flaw)。LMA主要指钢丝绳由于磨损、腐蚀、锈蚀等因素造成的大面积金属损失以及钢丝绳绳径缩小等；LF主要指钢丝绳的断丝、点蚀等局部面积的损伤。LMA检测结果可以直观的反应钢丝绳截面积损失，是钢丝绳定期检测以及淘汰的主要依据。感应线圈由于成本低廉，制作简单、持久耐用等特性，配合长时间低漂移积分器的使用，感应线圈成为LMA检测首选传感器。现有专利文献1：中国专利公开号107328851A中提出了一种改进式线圈设计，用于简化线圈的绕制并提高检测信号信噪比，该专利中对缺陷的检测结果更类似于LF检测结果，因此缺陷的定量分析参考的LF分析方式。

因此，针对感应线圈用于LMA定量检测，如何提供另一种改进式线圈的设计，在简化感应线圈绕制的同时，得到较高信噪比的LMA检测结果，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种铁磁性细长构件无损检测装置与方法。

本发明提供了一种铁磁性细长构件无损检测装置，包括无损检测主体和感应线圈，所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括线圈安装骨架，所述线圈安装骨架上设有凸起部，所述感应线圈安装在所述凸起部上。

作为本发明的进一步改进，所述线圈安装骨架上设有至少两个凸起部，所述感应线圈同向串联安装在所述凸起部上。

作为本发明的进一步改进，所述凸起部沿所述无损检测主体的检测轴线的周向间隔均匀设置，所述凸起部沿所述无损检测主体的检测轴线方向凸起。

作为本发明的进一步改进，所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括非导磁绕线骨架，所述感应线圈绕制在所述非导磁绕线骨架，所述非导磁绕线骨架安装固定在所述凸起部上。

作为本发明的进一步改进，所述线圈安装骨架为高导磁性材料骨架，所述凸起部为矩形凸起，所述非导磁绕线骨架为矩形框架。

作为本发明的进一步改进，所述线圈安装骨架包括至少两个分体式骨架，所述分体式骨架拼接为圆环状。

作为本发明的进一步改进，所述分体式骨架包括两片高导磁性圆弧形平板，所述凸起部设置在两片所述高导磁性圆弧形平板之间。

作为本发明的进一步改进，所述无损检测主体包括壳体、磁轭、导向轮、编码器、信号采集与处理单元和积分器，所述磁轭设置在所述壳体内，所述磁轭上设有永磁铁，所述编码器与所述导向轮连接，所述导向轮与所述壳体连接，所述编码器的输出端、积分器的输出端分别与所述信号采集与处理单元的输入端连接，所述积分器的输入端与所述感应线圈连接

本发明还提供了一种铁磁性细长构件无损检测方法，采用上述中任一项所述的铁磁性细长构件无损检测装置进行金属截面积损失无损检测。

作为本发明的进一步改进，当铁磁性细长构件和所述的铁磁性细长构件无损检测装置相对运动时，感应线圈输出电压为：

式中 N——感应线圈匝数；

s——感应线圈所包围的曲面；

Φ——穿过面积为s的封闭线圈的磁通量；

B——曲面s内的磁感应强度；

ds——曲面s上的单位积分面元；

用积分器对公式(1)进行积分后，可得：

式中 Φ_def——穿过感应线圈的缺陷漏磁通；

Φ₀——穿过感应线圈的背景磁场磁通；

由公式(2)，对感应线圈进行积分后，其输出电压值和线圈匝数、缺陷漏磁通，以及背景磁场磁通量成正比，和积分器的积分常数成反比；对于绕制好的感应线圈和设计好的积分器，N/RC为常数；积分输出电压和缺陷漏磁通成比例关系，通过积分输出电压即可反演钢丝绳缺陷大小

本发明的有益效果是：通过上述方案，增设线圈安装骨架和非导磁绕线骨架，将感应线圈绕制在非导磁绕线骨架上，线圈安装骨架为缺陷磁通提供特定路径，可有效提高感应线圈用于LMA检测信号的信噪比，且感应线圈结构简单，绕制以及安装方便。

附图说明

图1是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的示意图。

图2是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的线圈安装骨架的示意图。

图3是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的非导磁绕线骨架的示意图。

图4是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的单侧的线圈安装骨架的示意图。

图5是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的非导磁绕线骨架的布置示意图。

图6是本发明一种铁磁性细长构件无损检测装置的非导磁绕线骨架的另一布置示意图。

图7是本发明一种铁磁性细长构件无损检测方法的检测结果图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图7所示，一种铁磁性细长构件无损检测装置，包括无损检测主体和感应线圈10，所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括线圈安装骨架1，所述线圈安装骨架1上设有凸起部8，所述感应线圈10安装在所述凸起部8上。

如图1至图7所示，所述线圈安装骨架1上设有至少两个凸起部8，所述感应线圈10同向串联安装在所述凸起部8上。

如图1至图7所示，所述凸起部8沿所述无损检测主体的检测轴线的周向间隔均匀设置，所述凸起部8沿所述无损检测主体的检测轴线方向凸起，本发明以钢丝绳7做为被测构件进行说明，则无损检测主体的检测轴线方向即为钢丝绳7处于检测时的轴线。

如图1至图7所示，所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括非导磁绕线骨架9，所述感应线圈10绕制在所述非导磁绕线骨架9，所述非导磁绕线骨架9安装固定在所述凸起部8上。

如图1至图7所示，所述线圈安装骨架1为高导磁性材料骨架，所述凸起部8为矩形凸起，所述非导磁绕线骨架9为矩形框架。

如图1至图7所示，所述线圈安装骨架1包括至少两个分体式骨架，所述分体式骨架拼接为圆环状，本发明优选设置两个分体式骨架，每个分体式骨架呈180度弧形，分上侧和下侧对接为圆环状。

如图1至图7所示，所述分体式骨架包括两片高导磁性圆弧形平板，所述凸起部8设置在两片所述高导磁性圆弧形平板之间。

如图1至图7所示，所述无损检测主体包括壳体、磁轭2、导向轮7、编码器、信号采集与处理单元5和积分器6，所述磁轭2设置在所述壳体内，所述磁轭2上设有永磁铁3，所述编码器与所述导向轮7连接，所述导向轮7与所述壳体连接，所述编码器的输出端、积分器6的输出端分别与所述信号采集与处理单元5的输入端连接，所述积分器6的输入端与所述感应线圈10连接

如图1至图7所示，线圈安装骨架1采用导磁性较高的材料，如坡莫合金、工业纯铁等。线圈安装骨架1采用4片如图2所示的分体式结构拼接成两个如图4所示结构，分别安装在上下检测装置中间，方便安装和拆卸。线圈安装骨架1上的两个凸起部8为缺陷磁通提供了一个较小磁阻的通路，因此，将感应线圈10同向串联绕制在这两个凸起部8上，可以最大程度检测到缺陷漏磁通，实现缺陷的LMA检测。为方便线圈绕制和安装，将感应线圈10绕制在如图3所示的非导磁绕线骨架9上，绕制若干匝数后将其固定在线圈安装骨架1的凸起部8上即可。

本发明还提供了一种铁磁性细长构件无损检测方法，采用上述中任一项所述的铁磁性细长构件无损检测装置进行金属截面积损失(LMA)无损检测，铁磁性细长构件优选为钢丝绳7。

本发明提供的一种铁磁性细长构件无损检测方法，包括如下步骤：

当钢丝绳7和铁磁性细长构件无损检测装置相对运动时，感应线圈10输出电压为：

式中 N——感应线圈匝数；

s——感应线圈所包围的曲面；

Φ——穿过面积为s的封闭线圈的磁通量；

B——曲面s内的磁感应强度；

ds——曲面s上的单位积分面元。

线圈安装骨架1的加入，使得磁通Φ基本全从凸起部8处穿过，因此公式(1)中的s主要和凸起部8尺寸相关，而和感应线圈10的面积基本无关，B也主要为穿过凸起部8的磁感应强度。

用积分器对公式(1)进行积分后，可得：

式中 Φ_def——穿过感应线圈的缺陷漏磁通；

Φ₀——穿过感应线圈的背景磁场磁通；

由公式(2)，对感应线圈10进行积分后，其输出电压值和线圈匝数、缺陷漏磁通，以及背景磁场磁通量成正比，和积分器的积分常数成反比。对于绕制好的感应线圈10和设计好的积分器6，N/RC为常数。背景磁场的磁通和探头参数和被测钢丝绳直径有关，并且对于相同探头和同一根钢丝绳其背景磁通在整个检测过程中是不变的，该值可以通过积分调整或后续数据处理消除掉。这样积分输出电压和缺陷漏磁通成比例关系，通过积分输出电压即可反演钢丝绳缺陷大小。

对于不同绳径的钢丝绳7，可根据直径的大小，适当增加凸起数，如沿钢丝绳7一周设置6个或者8个凸起甚至更多个凸起，其平面示意图如图5、6所示。对19mm的钢丝绳7，通过仿真和实验验证，沿钢丝绳7一周设置6个凸起结构，即可得到较好的检测效果，图7是对一根具有7处损伤的钢丝绳7，采用一周具有4个凸起部8的线圈安装骨架1，每个线圈安装骨架1上分别绕制50匝感应线圈10，并将感应线圈10同向串联后，采用积分器6对其积分得到的检测结果。该检测结果可以较好地反演出钢丝绳7上所对应的缺陷。

本发明提供的一种铁磁性细长构件无损检测装置与方法，具有以下优点：

1.增加高导磁性的线圈安装骨架1，且线圈安装骨架1上有凸起部8，为缺陷磁通提供特定路径，可有效简化感应线圈绕制且增加检测信号信噪比。

2.将感应线圈10绕制在非导磁性绕线骨架9上，并将该非导磁性骨架9固定在线圈安装骨架1的凸起部8上用于钢丝绳损伤检测，方便线圈制作，安装便利。

3.将多个凸起部8上的感应线圈10同向串联，并对其串联后的结果进行积分，得到与缺陷磁通成比例的输出电压用于反演钢丝绳缺陷，消除了钢丝绳7与检测装置相对运动速度对检测结果的影响。

4.采用多个导磁性线圈安装骨架1进行拼接检测，方便安装和拆卸。

5.根据被测的钢丝绳7直径不同，可增加或减少线圈安装骨架1上的凸起部8的数量，以便在较少感应线圈10绕制的基础上提高检测效果；

6.不仅适用于钢丝绳无损检测，对所有铁磁性细长构件的无损检测都具有相同的检测效果。

通过以上几点，可有效提高感应线圈10用于钢丝绳LMA检测信号的信噪比，且线圈结构简单，绕制以及安装方便，有利于钢丝绳LMA定量检测研究。

本发明提供的一种铁磁性细长构件无损检测装置与方法，适用于钢丝绳、铁磁性管道、斜拉索、轨道等细长构建的无损检测。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁磁性细长构件无损检测装置，包括无损检测主体和感应线圈，其特征在于：所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括线圈安装骨架，所述线圈安装骨架上设有凸起部，所述感应线圈安装在所述凸起部上。

2.根据权利要求1所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述线圈安装骨架上设有至少两个凸起部，所述感应线圈同向串联安装在所述凸起部上。

3.根据权利要求2所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述凸起部沿所述无损检测主体的检测轴线的周向间隔均匀设置，所述凸起部沿所述无损检测主体的检测轴线方向凸起。

4.根据权利要求1所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述铁磁性细长构件无损检测装置还包括非导磁绕线骨架，所述感应线圈绕制在所述非导磁绕线骨架，所述非导磁绕线骨架安装固定在所述凸起部上。

5.根据权利要求4所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述线圈安装骨架为高导磁性材料骨架，所述凸起部为矩形凸起，所述非导磁绕线骨架为矩形框架。

6.根据权利要求1所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述线圈安装骨架包括至少两个分体式骨架，所述分体式骨架拼接为圆环状。

7.根据权利要求5所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述分体式骨架包括两片高导磁性圆弧形平板，所述凸起部设置在两片所述高导磁性圆弧形平板之间。

8.根据权利要求1所述的铁磁性细长构件无损检测装置，其特征在于：所述无损检测主体包括壳体、磁轭、导向轮、编码器、信号采集与处理单元和积分器，所述磁轭设置在所述壳体内，所述磁轭上设有永磁铁，所述编码器与所述导向轮连接，所述导向轮与所述壳体连接，所述编码器的输出端、积分器的输出端分别与所述信号采集与处理单元的输入端连接，所述积分器的输入端与所述感应线圈连接。

9.一种铁磁性细长构件无损检测方法，其特征在于：采用权利要求1至8中任一项所述的铁磁性细长构件无损检测装置进行金属截面积损失无损检测。

10.根据权利要求9所述的铁磁性细长构件无损检测方法，其特征在于：当铁磁性细长构件和所述的铁磁性细长构件无损检测装置相对运动时，感应线圈输出电压为：

式中N——感应线圈匝数；

s——感应线圈所包围的曲面；

Φ——穿过面积为s的封闭线圈的磁通量；

B——曲面s内的磁感应强度；

ds——曲面s上的单位积分面元；

用积分器对公式(1)进行积分后，可得：

式中Φ_def——穿过感应线圈的缺陷漏磁通；

Φ₀——穿过感应线圈的背景磁场磁通；

由公式(2)，对感应线圈进行积分后，其输出电压值和线圈匝数、缺陷漏磁通，以及背景磁场磁通量成正比，和积分器的积分常数成反比；对于绕制好的感应线圈和设计好的积分器，N/RC为常数；积分输出电压和缺陷漏磁通成比例关系，通过积分输出电压即可反演钢丝绳缺陷大小。