基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性電磁超聲探頭技術(shù)備領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性 電磁超聲檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為目前最為重要的無損檢測方法之一，超聲檢測被廣泛運用在航空航天、能源、 材料等重大裝備的安全檢測，對提高機(jī)械裝備的安全可靠性，防止事故發(fā)生發(fā)揮著重要作 用。但目前常規(guī)壓電超聲檢測技術(shù)要求探頭必須與被測件有很好接觸，并需要液態(tài)耦合劑。 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來越高，生產(chǎn)及服役環(huán)境也更為苛刻 (如高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕和輻射等），使得常規(guī)超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制。此 外，常規(guī)超聲檢測還存在掃描速度慢，不易于實現(xiàn)自動化檢測等弱點。因此，電磁超聲等非 接觸超聲檢測技術(shù)一直是超聲檢測領(lǐng)域中的一個研宄熱點和突破方向。
[0003] 相較于壓電超聲，電磁超聲無損檢測方法因非接觸性、無需耦合劑、適應(yīng)性強(qiáng)、檢 測速度快等優(yōu)點在高溫、在線無損檢測中表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)越性但傳統(tǒng)電磁超聲探頭一般 采用永磁體-線圈結(jié)構(gòu)或者電磁體-線圈結(jié)構(gòu)，探頭體積較大，對于曲面以及表面復(fù)雜、檢 測空間狹窄的情況難于使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙線圈結(jié)構(gòu) 的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)及檢測方法，能夠?qū)Ρ砻鎻?fù)雜和狹窄空間的情況進(jìn)行定量無損檢 測。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)，包括偏置磁場線圈1、渦流線圈2、短 脈沖大電流源3、長脈沖大電流源4、脈沖延時觸發(fā)器5、帶通濾波器6、前置放大器7、信號采 集設(shè)備8和計算機(jī)9 ;
[0007] 所述偏置磁場線圈1用于提供偏置磁場；所述渦流線圈2用于激發(fā)和接受超聲波 信號；所述偏置磁場線圈1和渦流線圈2構(gòu)成柔性電磁超聲探頭；
[0008] 所述偏置磁場線圈1的一端與長脈沖大電流源4的一端連接，所述渦流線圈2的 一端與短脈沖電流源3的一端連接，短脈沖電流源3的另一端與脈沖延時觸發(fā)器5連接， 長脈沖大電流源4的另一端也與脈沖延時觸發(fā)器5連接；所述渦流線圈2的另一端與帶通 濾波器6的輸入端連接，進(jìn)行濾波處理，帶通濾波器6的輸出端與前置放大器7的輸入端連 接，前置放大器7的輸出端連接信號采集設(shè)備8的一個輸入端，信號采集設(shè)備8的另一個輸 入端連接脈沖延時觸發(fā)器，信號采集設(shè)備8的輸出端接入計算機(jī)9。
[0009] 所述偏置磁場線圈1和渦流線圈2為餅形線圈。
[0010] 所述偏置磁場線圈1和渦流線圈2相鄰放置，偏置磁場線圈1的材料為0. 2~1_ 的漆包線，渦流線圈2的材料為0. 1~0. 2mm的漆包線。 toon] 上述所述基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)檢測金屬內(nèi)部缺陷的方法，包 括如下步驟：
[0012] 步驟1 :按照待檢測金屬試件10表面曲率繞制偏置磁場線圈和渦流線圈，偏置磁 場線圈和渦流線圈的尺寸形狀完全相同，均為餅形線圈，在偏置磁場線圈1和渦流線圈2之 間添加錫箔紙16,并將偏置磁場線圈1、渦流線圈2和錫箔紙16固定在一起；最后將偏置磁 場線圈緊貼待檢測試件表面放置；
[0013] 步驟2 :長脈沖大電流源4向偏置磁場線圈1通入長脈大沖電流13,使偏置磁場線 圈1在待檢測金屬試件10表面產(chǎn)生平行于待檢測金屬試件平面的低頻偏置磁場；
[0014] 步驟3 :短脈沖大電流源3向渦流線圈2通入短脈沖大電流15,使渦流線圈2在待 檢測金屬試件10表面產(chǎn)生渦流；在偏置磁場線圈1產(chǎn)生的平行于待檢測金屬試件平面的偏 置磁場的作用下，待檢測金屬試件表面將產(chǎn)生垂直待檢測金屬試件平面?zhèn)鞑サ某暱v波；
[0015] 步驟4 :脈沖延時發(fā)生器5分別對長脈沖大電流源4和短脈沖大電源3進(jìn)行不同 的延時觸發(fā)，以消除頻率較高的上升沿的影響，并產(chǎn)生一個合適的激勵周期；短脈沖大電流 源3和信號采集設(shè)備8的觸發(fā)時間相同；
[0016] 步驟5 :采用渦流線圈2接收步驟3中產(chǎn)生的超聲縱波，并送入帶通濾波器6對由 偏置磁場線圈1產(chǎn)生的噪聲信號進(jìn)行過濾；
[0017] 步驟6 :通過前置放大器7中對濾波后的檢出電壓信號進(jìn)行放大；
[0018] 步驟7 :通過信號采集設(shè)備8中對檢出電壓信號進(jìn)行采集，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并送入 計算機(jī)9進(jìn)行分析；
[0019] 步驟8 ::計算機(jī)9根據(jù)該待檢測金屬試件對應(yīng)的縱波傳輸速度Cp和所采集到檢 出電壓信號中缺陷信號所對應(yīng)的回波時間 t，計算出金屬件內(nèi)部缺陷距離待測金屬試件10 表面的位置d，
【主權(quán)項】
1. 基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括偏置磁場線圈（1)、禍 流線圈（2)、短脈沖大電流源（3)、長脈沖大電流源（4)、脈沖延時觸發(fā)器巧）、帶通濾波器 化）、前置放大器（7)、信號采集設(shè)備（8)和計算機(jī)巧）； 所述偏置磁場線圈（1)用于提供偏置磁場；所述禍流線圈（2)用于激發(fā)和接受超聲波 信號；所述偏置磁場線圈（1)和禍流線圈（2)構(gòu)成柔性電磁超聲探頭； 所述偏置磁場線圈（1)的一端與長脈沖大電流源（4)的一端連接，所述禍流線圈（2) 的一端與短脈沖電流源（3)的一端連接，短脈沖電流源（3)的另一端與脈沖延時觸發(fā)器巧） 連接，長脈沖大電流源（4)的另一端也與脈沖延時觸發(fā)器（5)連接；所述禍流線圈（2)的另 一端與帶通濾波器（6)的輸入端連接，進(jìn)行濾波處理，帶通濾波器（6)的輸出端與前置放大 器（7)的輸入端連接，前置放大器（7)的輸出端連接信號采集設(shè)備（8)的一個輸入端，信號 采集設(shè)備巧）的另一個輸入端連接脈沖延時觸發(fā)器，信號采集設(shè)備巧）的輸出端接入計算 機(jī)巧）。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)，其特征在于：所 述偏置磁場線圈（1)和禍流線圈（2)相鄰放置，偏置磁場線圈（1)的材料為0. 2~1mm的 漆包線，禍流線圈（2)的材料為0. 1~0. 2mm的漆包線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)，其特征在于：所 述偏置磁場線圈（1)和禍流線圈（2)為餅形線圈。
4. 權(quán)利要求1所述基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)檢測金屬內(nèi)部缺陷的方 法，其特征在于；包括如下步驟： 步驟1 ;在所述偏置磁場線圈（1)和禍流線圈（2)之間添加錫巧紙（16)，并將偏置磁場 線圈（1)、禍流線圈（2)和錫巧紙（16)粘結(jié)在一起，緊貼待檢測金屬試件（10)表面放置； 步驟2 ;長脈沖大電流源（4)向偏置磁場線圈（1)通入長脈大沖電流（13)，使偏置磁場 線圈（1)在待檢測金屬試件（10)表面產(chǎn)生平行于待檢測金屬試件平面的低頻偏置磁場； 步驟3 ;短脈沖大電流源（3)向禍流線圈（2)通入短脈沖大電流（15)，使禍流線圈（2) 在待檢測金屬試件（10)表面產(chǎn)生禍流；在偏置磁場線圈（1)產(chǎn)生的平行于待檢測金屬試件 平面的偏置磁場的作用下，待檢測金屬試件表面將產(chǎn)生垂直待檢測金屬試件平面?zhèn)鞑サ某?聲縱波； 步驟4 ;脈沖延時發(fā)生器（5)分別對長脈沖大電流源（4)和短脈沖大電源（3)進(jìn)行不 同的延時觸發(fā)，短脈沖大電流源（3)和信號采集設(shè)備巧）的觸發(fā)時間相同； 步驟5 ;采用禍流線圈（2)接收步驟3中產(chǎn)生的超聲縱波，并送入帶通濾波器（6)對由 偏置磁場線圈（1)產(chǎn)生的噪聲信號進(jìn)行過濾； 步驟6 ;通過前置放大器（7)中對濾波后的檢出電壓信號進(jìn)行放大； 步驟7;通過信號采集設(shè)備巧）中對檢出電壓信號進(jìn)行采集，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并送入計 算機(jī)（9)進(jìn)行分析； 步驟8 ;計算機(jī)（9)根據(jù)該待檢測金屬試件對應(yīng)的縱波傳輸速度Cp和所采集到檢出電 壓信號中缺陷信號所對應(yīng)的回波時間t，計算出金屬件內(nèi)部缺陷距離待測金屬試件（10)表 面的位置<1，^=^。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述長脈大沖電流（13)為低頻長脈沖大
【專利摘要】基于雙線圈結(jié)構(gòu)的柔性電磁超聲檢測系統(tǒng)及檢測方法，該系統(tǒng)包括偏置磁場線圈、渦流線圈、短脈沖大電流源、長脈沖大電流源、脈沖延時觸發(fā)器、帶通濾波器、前置放大器、信號采集設(shè)備和計算機(jī)；其檢測方法為：首先將偏置磁場線圈和渦流線圈置于試件表面，然后利用脈沖延時觸發(fā)器觸發(fā)偏置磁場線圈在試件中產(chǎn)生長脈沖磁場，并在磁場峰值附近觸發(fā)渦流線圈在試件中產(chǎn)生短脈沖渦流，從而完成超聲波激勵和接收過程；由于采用線圈產(chǎn)生偏置磁場，本發(fā)明中的偏置磁場線圈和渦流線圈構(gòu)成的電磁超聲探頭具有輕薄、柔性的優(yōu)點，可廣泛用于表面形狀復(fù)雜的構(gòu)件及檢測空間狹窄工件的無損檢測，大幅度擴(kuò)大超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【IPC分類】G01N29-07
【公開號】CN104792875
【申請?zhí)枴緾N201510125620
【發(fā)明人】裴翠祥, 肖盼, 陳振茂, 楊桂才
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月20日