沖渦流探頭信號輸入端以驅(qū)動激勵線圈工作，探頭中的霍爾傳感器模塊、溫度傳感組件輸出的模擬電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路進行濾波放大后輸出至數(shù)據(jù)采集卡，主控制器借助數(shù)據(jù)采集卡，多路并行采集來自探頭的霍爾傳感器及溫度傳感器電壓信號，進行溫度補償處理，最后將補償后的檢測數(shù)據(jù)進行存儲及顯不O
[0060]為了提高檢測精確度，使用本發(fā)明對金屬板件進行渦流探傷時，可使用手動機械掃查裝置，將渦流探頭固定在手動機械掃描裝置上，通過調(diào)節(jié)對應(yīng)旋鈕，可控制探頭在金屬板件表面沿X、Y方向水平移動，同時可改變探頭提離高度。
[0061]工作時，先將本發(fā)明探頭置于無缺陷金屬板件表面，同時保證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；
[0062]給霍爾傳感器通以穩(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度相關(guān)的模擬電壓信號；
[0063]給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；
[0064]通過在待測工件表面水平移動探頭，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檢測并向主控制器輸出探頭內(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，然后借助溫度智能補償算法，對脈沖渦流探頭輸出信號進行二次修正，從而大幅消除溫度漂移因素對探頭的影響，提升檢測效果。
[0065]如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)試件為長X寬X高=300mmX40mmX 1mm的矩形銷板，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，深度依次分別為2mm、4mm、6mm、8mm ；
[0066]如圖5所示，本發(fā)明的檢測方法，包括傳感器標(biāo)定步驟、建立三維曲面步驟和測量計算步驟:
[0067](I)傳感器標(biāo)定步驟，包括下述子步驟:
[0068](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hj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；
[0069](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)；
[0070](2)建立三維曲面步驟，包括下述子步驟:
[0071](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:
[0072]y(t) = a01+anx+a21x2+--%
[0073]平
[0074]y (tj) = a0i+aux+a2ix2+'''
[0075]y (tj = a0ni+alnix+a2nix2+…
[0076]其中0 < X < 10mm，表達式中的系數(shù)au的個數(shù)及其大小由擬合算法確定；
[0077](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；
[0078](3)測量計算步驟，包括下述子步驟:
[0079](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，同時計算出二者的差分信號峰值電壓y。；
[0080](3.2)將數(shù)據(jù)te、y。代入所述三維曲面解析式y(tǒng)(t，x)，計算得到相應(yīng)被測缺陷深度X。
[0081]所述的檢測方法，還可以將子步驟(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)試件不同深度卜缺陷處所對應(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算得到的被測缺陷深度X送至主控制器存儲并顯示。
【主權(quán)項】
1.一種脈沖渦流探頭，包括外殼(I)、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)，其特征在于: 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⑴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； 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； 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)。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖渦流探頭，其特征在于: 所述溫度傳感組件(3)中的溫度傳感器為負溫度系數(shù)線性溫度傳感器； 所述外殼(I)及端蓋(7)由陶瓷纖維材料制成； 所述線圈骨架(5)由導(dǎo)熱陶瓷材料制成； 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。
3.一種包括權(quán)利要求1或2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: 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； 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)理電路供電； 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，送到主控制器進行處理。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于:所述信號發(fā)生器的輸出信號為頻率、幅值、占空比可調(diào)的矩形方波信號。
5.利用權(quán)利要求3或4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算步驟，其特征在于: (I)傳感器標(biāo)定步驟，包括下述子步驟: (1.1)從環(huán)境溫度開始，以0.1°C為增量，在等間距遞增溫度\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hj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 =K1= 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； 所述標(biāo)準(zhǔn)試件為長X寬X高=300mmX 40mmX 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3_，深度hj依次分別為2mm、4mm、6mm、8_: (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)電壓信號進行差分，得到各差分信號的峰值電壓Pu= P (t i，比)，作為對應(yīng)溫度t1、缺陷深度比下的標(biāo)定數(shù)據(jù)； (2)建立三維曲面步驟，包括下述子步驟 (2.1)根據(jù)對應(yīng)溫度缺陷深度比下的標(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:y U1) = a01+anx+a21x2+...Y (ti) = a01+anx+a21x2+''' y(tm) = a0m+almx+a2mx2+— 其中0 < X < 10mm，表達式中的系數(shù)au的個數(shù)及其大小由擬合算法確定； (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； (3)測量計算步驟，包括下述子步驟: (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，同時計算出二者的差分信號峰值電壓y。； (3.2)將數(shù)據(jù)&、7。代入所述三維曲面解析式7(1 X)，計算得到相應(yīng)被測缺陷的深度Xo
6.如權(quán)利要求5所述的檢測方法，其特征在于: 將子步驟(1.D所測得的等間距遞增的溫度基準(zhǔn)電壓信號、標(biāo)準(zhǔn)試件不同深度比缺陷處所對應(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算得到的被測缺陷深度X送至主控制器存儲并顯示。
【專利摘要】一種脈沖渦流探頭及檢測裝置以及其檢測方法，屬于脈沖渦流無損檢測裝置及其檢測方法，用于解決現(xiàn)有脈沖渦流探頭激勵線圈產(chǎn)生熱量，影響實際檢測精度的問題。所述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；所述檢測裝置包括信號發(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；所述檢測方法，包括傳感器標(biāo)定步驟、建立三維曲面步驟和測量計算步驟。主控制器實時采集溫度傳感組件的溫度模擬信號及霍爾傳感器的電壓模擬信號，對脈沖渦流探頭輸出信號進行二次修正，從而大幅消除溫度漂移因素對探頭的影響，提升檢測效果。
【IPC分類】G01N27-90
【公開號】CN104865311
【申請?zhí)枴緾N201510220868
【發(fā)明人】易朋興, 李亞輝, 張康, 惠冰, 史鐵林
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月4日