一種脈沖渦流探頭及檢測裝置以及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于脈沖渦流無損檢測裝置及其檢測方法，具體涉及一種帶有溫度傳感器的脈沖渦流探頭及檢測裝置以及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖渦流是近年發(fā)展起來的新檢測技術(shù)，主要用于表面、亞表面缺陷檢測，是渦流檢測的一種新的應(yīng)用領(lǐng)域。與采用正弦電流作為激勵的常規(guī)渦流(包括:單頻渦流法、多頻渦流法、掃頻測量法)不同，脈沖渦流采用具有一定占空比的方波作為激勵，通過選擇占空比，可以在激勵線圈中得到較大的瞬時功率作用于試件，使感生磁場的變化更大，從而最終使得檢測線圈上瞬態(tài)感應(yīng)電壓的變化更為明顯。脈沖渦流的數(shù)據(jù)分析主要是基于檢測信號的特征提取:如檢測信號的峰值、檢測信號的峰值時間、檢測信號的過零時間。
[0003]現(xiàn)有的脈沖渦流探頭，包括外殼、接線端頭、霍爾傳感器、線圈骨架、激勵線圈和端蓋，由于在長時間檢測過程中激勵線圈會產(chǎn)生熱量，影響實(shí)際檢測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種脈沖渦流探頭，同時提供包括該探頭的檢測裝置以及其檢測方法，用于解決現(xiàn)有脈沖渦流探頭激勵線圈產(chǎn)生熱量，影響實(shí)際檢測精度的問題。
[0005]本發(fā)明所提供的一種脈沖渦流探頭，包括外殼、接線端頭、溫度傳感組件、霍爾傳感器、線圈骨架、激勵線圈和端蓋，其特征在于:
[0006]所述外殼為非金屬的圓管，由屏蔽隔熱材料制成，其頂端中心開有通孔；所述外殼內(nèi)自上至下裝有依次接觸的接線端頭、溫度傳感組件和霍爾傳感器，所述接線端頭的上端從所述通孔穿出；所述溫度傳感組件外套有線圈骨架，所述線圈骨架為空心導(dǎo)熱圓管，其外壁一側(cè)開有軸向通槽；所述激勵線圈為空心線圈，固定在線圈骨架上；所述霍爾傳感器固定在所述溫度傳感組件底端面上；所述端蓋和所述外殼連接，將所述霍爾傳感器軸向壓緊在所述溫度傳感組件底端面并封閉所述外殼底端；
[0007]所述溫度傳感組件包括溫度傳感器及與之對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路；
[0008]所述霍爾傳感器的接線通過線圈骨架的軸向通槽穿出，與所述溫度傳感組件及激勵線圈的接線一起集中連接至所述接線端頭。
[0009]所述溫度傳感組件中的溫度傳感器可以為負(fù)溫度系數(shù)線性溫度傳感器(NTC);
[0010]所述外殼可以由陶瓷纖維材料制成，具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐熱沖擊、低導(dǎo)熱系數(shù)、隔熱、保溫、密封、電絕緣等性能；
[0011]所述線圈骨架可以由導(dǎo)熱陶瓷材料，如氧化鈹、氧化鋁制成，具有高導(dǎo)熱，高絕緣等優(yōu)點(diǎn)；
[0012]所述激勵線圈可以為采用銅質(zhì)漆包線繞制的圓柱形空心線圈。
[0013]包括所述脈沖渦流探頭的檢測裝置，其包括信號發(fā)生器、功率放大器、信號調(diào)理電路、脈沖渦流探頭、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器和穩(wěn)壓電源；其特征在于:
[0014]所述信號發(fā)生器輸出端連接功率放大器輸入端，功率放大器輸出端連接所述脈沖渦流探頭的激勵線圈；
[0015]所述脈沖渦流探頭的霍爾傳感器、溫度傳感組件的接線分別連接至信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與主控制器連接；所述穩(wěn)壓電源對脈沖渦流探頭中的霍爾傳感器、溫度傳感組件及信號調(diào)理電路進(jìn)行供電；
[0016]所述信號調(diào)理電路對霍爾傳感器、溫度傳感組件輸出信號進(jìn)行濾波及信號放大后，通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，送到主控制器進(jìn)行處理。
[0017]所述的檢測裝置，所述信號發(fā)生器的輸出信號可以為頻率、幅值、占空比可調(diào)的矩形方波信號。
[0018]利用所述檢測裝置的檢測方法，包括傳感器標(biāo)定步驟、建立三維曲面步驟和測量計(jì)算步驟，其特征在于:
[0019](I)傳感器標(biāo)定步驟，包括下述子步驟:
[0020](1.1)從環(huán)境溫度開始，以0.1°C為增量，在等間距遞增的溫度\下依次測量空氣中的霍爾傳感器輸出電壓信號以及標(biāo)準(zhǔn)試件不同深度Iij缺陷處所對應(yīng)的霍爾傳感器輸出電壓信號，其中，i = 1、2、...、20，j = 1、2、3、4，Ii1= 2mm、h 2= 4mm、h 3= 6mm、h 4= 8mm ;將空氣中的霍爾傳感器輸出電壓信號作為基準(zhǔn)電壓信號；
[0021]所述標(biāo)準(zhǔn)試件為長X寬X高=300mmX40mmX 1mm的矩形鋁板，材料選取7075鋁合金，矩形鋁板長度方向上等間距60mm地加工有垂直于長邊的四個矩形槽，它們的寬度均為3mm，深度hj依次分別為2mm、4mm、6mm、8mm ；
[0022](1.2)然后分別將各深度缺陷處所測得的輸出電壓信號與基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行差分，得到各差分信號的峰值電壓Pu= p(ti，比)，作為對應(yīng)溫度t1、缺陷深度比下的標(biāo)定數(shù)據(jù)；
[0023](2)建立三維曲面步驟，包括下述子步驟:
[0024](2.1)根據(jù)對應(yīng)溫度tp缺陷深度hj下的標(biāo)定數(shù)據(jù)Pij,借助Matlab數(shù)據(jù)擬合算法，擬合出20條以任意缺陷深度X為自變量、對應(yīng)差分信號峰值電壓y為因變量的函數(shù)曲線:
[0025]y(t) = aQ1+anx+a21x2+...、
[0026]平
[0027]y (tj) = ?01+?υχ+?21χ2+'.'
[0028]y (tj = a0ni+alnix+a2nix2+…
[0029]其中0 < X < 10mm，表達(dá)式中的系數(shù)au的個數(shù)及其大小由擬合算法確定；
[0030](2.2)基于矩形域的最小二乘曲面擬合算法，將上述20條函數(shù)曲線擬合成一個連續(xù)、光滑的三維曲面，給出三維曲面解析式y(tǒng)(t，X)，其中t為任意溫度；
[0031](3)測量計(jì)算步驟，包括下述子步驟:
[0032](3.1)在當(dāng)前環(huán)境溫度t。下，分別測量空氣中的霍爾傳感器輸出電壓信號及對應(yīng)缺陷處的霍爾傳感器輸出電壓信號，同時計(jì)算出二者的差分信號峰值電壓y。；
[0033](3.2)將數(shù)據(jù)te、y。代入所述三維曲面解析式y(tǒng)(t，x)，計(jì)算得到相應(yīng)被測缺陷深度X。
[0034]所述的檢測方法，其進(jìn)一步特征在于:
[0035]將子步驟(1.1)所測得的等間距遞增的溫度基準(zhǔn)電壓信號、標(biāo)準(zhǔn)試件不同深度hj缺陷處所對應(yīng)的霍爾傳感器輸出電壓信號以及步驟(3)所測得的當(dāng)前環(huán)境溫度t。、空氣中的霍爾傳感器輸出電壓信號、對應(yīng)缺陷處的霍爾傳感器輸出電壓信號及計(jì)算得到的被測缺陷深度X送至主控制器存儲并顯示。
[0036]工作時，先將脈沖渦流探頭置于無缺陷金屬板件表面，同時保證脈沖渦流探頭軸線與金屬板件表面垂直、端蓋與金屬板件相接觸；給激勵線圈通以方波激勵信號，以在待測工件內(nèi)部產(chǎn)生渦流場；
[0037]向霍爾傳感器通以穩(wěn)定直流電壓，用以檢測待測工件內(nèi)由渦流場產(chǎn)生的二次磁場信號，霍爾傳感器輸出與磁場強(qiáng)度相關(guān)的模擬電壓信號；
[0038]向溫度傳感組件通以穩(wěn)定直流電壓，探頭內(nèi)部溫度變化將會引起溫度傳感組件中溫度傳感器阻值變化，溫度傳感組件內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)而將溫度傳感器阻值轉(zhuǎn)換為與溫度相對應(yīng)的模擬電壓輸出；
[0039]通過在待測工件表面水平移動脈沖渦流探頭，可以測量工件不同位置的缺陷情況，如果待測工件內(nèi)部或表面存在缺陷，霍爾傳感器輸出的模擬電壓信號將會隨之改變；在長時間檢測過程中，由于脈沖渦流探頭中激勵線圈產(chǎn)生的熱量會影響到探頭實(shí)際檢測精度，脈沖渦流探頭內(nèi)部所配備的溫度傳感組件能夠?qū)崟r檢測并向主控機(jī)輸出探頭內(nèi)部當(dāng)前溫度，主控制器通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時采集來自溫度傳感組件的溫度模擬電壓信號及來自霍爾傳感器的模擬電壓信號，借助本發(fā)明的檢測方法，得到修正后的缺陷深度，從而大幅消除溫度漂移因素對探頭的影響，提升檢測效果。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明脈沖渦流探頭的剖視圖；
[0041]圖2為圖1的A-A剖面示意圖；
[0042]圖3為本發(fā)明的檢測裝置的結(jié)構(gòu)及信號傳輸框圖；
[0043]圖4為本發(fā)明檢測方法所用的標(biāo)準(zhǔn)試件示意圖；
[0044]圖5為本發(fā)明檢測方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)說明:
[0046]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例，包括外殼1、接線端頭2、溫度傳感組件3、霍爾傳感器4、線圈骨架5、激勵線圈6和端蓋7 ;
[0047]所述外殼I為底端開放、頂端開孔的圓管，由屏蔽隔熱材料制成，其頂端中心開有通孔IA ;所述外殼I內(nèi)自上至下裝有依次接觸的接線端頭2、溫度傳感組件3和霍爾傳感器4，所述接線端頭2的上端從所述通孔IA穿出；所述溫度傳感組件3外套有線圈骨架5，所述線圈骨架5為空心導(dǎo)熱圓管，其外壁一側(cè)開有軸向通槽5A ;所述激勵線圈6為空心線圈，固定在線圈骨架5上；所述霍爾傳感器4固定在所述溫度傳感組件5底端面上；所述端蓋7和所述外殼3連接，將所述霍爾傳感器4軸向壓緊在所述溫度傳感組件5底端面并封閉所述外殼I底端；
[0048]所述溫度傳感組件3包括溫度傳感器及與之對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路；
[0049]所述霍爾傳感器4的接線通過線圈骨架5的軸向通槽5A穿出，與所述溫度傳感組件3及激勵線圈6的接線都集中連接至所述接線端頭2。
[0050]本發(fā)明的實(shí)施例中:
[0051]所述溫度傳感組件3中的溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器器(NTC);
[0052]所述外殼I及端蓋7由陶瓷纖維材料制成；
[0053]所述線圈骨架5由氧化鋁導(dǎo)熱陶瓷材料制成；
[0054]所述激勵線圈6為采用銅質(zhì)漆包線繞制的圓柱形空心線圈。
[0055]如圖3所示，包括所述脈沖渦流探頭的渦流檢測裝置，其包括信號發(fā)生器、功率放大器、信號調(diào)理電路、脈沖渦流探頭、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器和穩(wěn)壓電源；
[0056]所述信號發(fā)生器輸出端連接功率放大器輸入端，功率放大器輸出端連接所述脈沖渦流探頭的激勵線圈；
[0057]所述脈沖渦流探頭的霍爾傳感器、溫度傳感組件的接線分別連接至信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與主控制器連接；所述穩(wěn)壓電源為脈沖渦流探頭中的霍爾傳感器、溫度傳感組件及信號調(diào)理電路供電；
[0058]所述信號調(diào)理電路對霍爾傳感器、溫度傳感組件輸出信號進(jìn)行濾波及信號放大后，通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，送到主控制器進(jìn)行處理。
[0059]如圖3所示，通過手動設(shè)置信號發(fā)生器，輸出頻率、幅值、占空比可調(diào)的矩形方波信號，方波信號經(jīng)過功率放大器放大后連接至脈