一種檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，屬于電磁無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，可用于鋁包鋼絞線結(jié)構(gòu)、銅包鋼接地棒等結(jié)構(gòu)的無損檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓輸電線屬于鋁包鋼絞線結(jié)構(gòu)，其中芯由多股鋼絞線擰制而成，周圍包覆多層鋁絞線;銅包鋼廣泛用于接地工程中，內(nèi)層鋼芯采用優(yōu)質(zhì)的低碳鋼材料，而外層則用電鍍或包覆工藝將高純度銅包覆于鋼芯上，其銅層厚度由實(shí)際要求的電阻或?qū)щ娐蕸Q定。鋁包鋼絞線或銅包鋼接地棒在服役過程易產(chǎn)生磨損、腐蝕等缺陷，要實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的無損檢測，則采用的方法需同時(shí)滿足對對鋼或鋁表層(非鐵磁性)及鋼芯材料(鐵磁性)缺陷進(jìn)行檢測。
[0003]由漏磁檢測基本原理知:當(dāng)被磁化的鐵磁性材料中如存在磨損、腐蝕等缺陷，磁場經(jīng)過缺陷時(shí)磁阻增大，導(dǎo)致磁路畸變，部分磁通會泄露到材料表面的空氣中，從而形成漏磁場，當(dāng)漏磁感應(yīng)線圈(如感應(yīng)線圈、霍爾元件、磁阻元件)移動經(jīng)過漏磁場時(shí)將輸出脈沖電壓信號，由此可判定有無缺陷。該方法只適用于檢測鐵磁性材料，無法對銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)的表層材料進(jìn)行檢測。
[0004]由渦流檢測基本原理知:當(dāng)通有交變電流的線圈靠近金屬材料時(shí)，由線圈產(chǎn)生的交變磁場將使導(dǎo)體感生出渦流。當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，將影響渦流的強(qiáng)度和相位，最終引起檢測線圈阻抗的變化，據(jù)此可間接判定有無缺陷。受集膚效應(yīng)的限制，該方法檢測深度有限，無法檢測銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)的鋼芯。
[0005]結(jié)合上述兩種檢測方法的原理及檢測適用范圍，本發(fā)明有效利用漏磁和渦流檢測兩種方法，可實(shí)現(xiàn)銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)鋼芯(D2 < 50mm)和表層(D1-D2 < 5mm)的全面檢測。本發(fā)明旨在提供一種檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，同步解決銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)的表層和鋼芯的無損檢測問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，用于實(shí)現(xiàn)銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，其特征在于:包括環(huán)形永磁體1、陣列式渦流傳感器單元2、卡線盤3、圓柱殼型屏蔽層4、漏磁感應(yīng)線圈5、支撐架6和保護(hù)外殼7，其中兩個(gè)厚度方向充磁的環(huán)形永磁鐵1以磁極同向方式套裝于支撐架6兩端，提供軸向靜磁場對被測構(gòu)件進(jìn)行磁化;支撐架6為空心圓柱體，漏磁感應(yīng)線圈5環(huán)形布置且嵌入支撐架6中間的圓周表面;陣列式渦流傳感器單元在支撐架表面環(huán)形均布，陣列式渦流傳感器單元、卡線盤、漏磁感應(yīng)線圈、支撐架都在圓柱殼型屏蔽層內(nèi)，兩個(gè)卡線盤安裝在支撐架兩側(cè)。
[0008]進(jìn)一步，陣列式禍流傳感器單元中禍流傳感器單元個(gè)數(shù)6 < NS 16。
[0009]所述的傳感器的應(yīng)用，其特征在于:當(dāng)傳感器整體沿被測構(gòu)件移動時(shí)，安裝于支撐架上的漏磁感應(yīng)線圈檢測到銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)中鋼芯缺陷處形成的漏磁場，以提供缺陷周向與軸向位置信息，而陣列式渦流傳感器單元檢測銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)表面銅或鋁層中的缺陷并提供軸向、環(huán)向位置信息;通過觀察漏磁及渦流信號，判斷被測構(gòu)件內(nèi)層及表層中是否存在缺陷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對缺陷的定位及評估。
[0010]上述陣列式渦流傳感器單元和漏磁感應(yīng)線圈的銅或鋁包鋼被測構(gòu)件均通過安裝于支撐架兩側(cè)的卡線盤引出后連接至傳感器電氣接口。
[0011 ]所述的檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，其特征在于，采用了兩個(gè)套裝于支撐架兩端的環(huán)形永磁體1，且兩個(gè)環(huán)形永磁體1的磁極同向，以提供恒定方向的永久磁場對被測結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁化。磁鐵內(nèi)側(cè)的圓柱殼型屏蔽層4結(jié)構(gòu)由高導(dǎo)磁材質(zhì)材料制成，在圓柱殼型屏蔽層4內(nèi)部形成近零磁場;為實(shí)現(xiàn)檢測材料內(nèi)部斷絲或缺陷引起的漏磁場，在傳感器結(jié)構(gòu)上采用纏繞于支撐架的螺線管型漏磁感應(yīng)線圈5。
[0012]所述的檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，其特征在于，渦流傳感器單元2采用渦流感應(yīng)線圈嵌套在U型鐵氧體的兩側(cè)，并整體固定于支撐架上。陣列式渦流傳感器單元布置于圓柱殼型屏蔽層4的內(nèi)部，沿被測構(gòu)件呈環(huán)形均布。當(dāng)試件表面存在裂紋，材料本身的電磁特性會發(fā)生改變，同時(shí)會引起感應(yīng)渦流線圈5的阻抗變化，通過分析阻抗的變化參數(shù)，可以對表面缺陷進(jìn)行評估。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，可以獲得如下有益效果:采用一體化傳感器，可實(shí)現(xiàn)銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)表層和鋼芯缺陷的同步檢測，并提供缺陷周向和軸向位置，提升檢測效率。
【附圖說明】
[0014]圖1傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖2傳感器實(shí)施漏磁檢測時(shí)工作原理示意圖[00? 6]圖3鋼心中多處缺陷漏磁掃查結(jié)果不思圖
[0017]圖4傳感器實(shí)施渦流檢測時(shí)工作原理圖
[0018]圖5銅包層或鋁絞線中的多處缺陷渦流掃查結(jié)果示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，且以下實(shí)施例只是描述性的不是限定性的，不能以此來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]圖1為檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為傳感器實(shí)施漏磁檢測時(shí)工作原理示意圖。漏磁檢測部分由環(huán)形永磁體1和漏磁感應(yīng)線圈5組成，當(dāng)傳感器嵌套在被測構(gòu)件8上時(shí)，一對同軸的環(huán)形永磁體1提供的軸向偏置磁場將對被測構(gòu)件8進(jìn)行磁化。若試件中鐵磁性材質(zhì)的鋼芯或鋼絞線存在缺陷，缺陷處產(chǎn)生的漏磁場將外漏至試件表面，漏磁感應(yīng)線圈5掃查經(jīng)過時(shí)將檢測到漏磁場，并以感應(yīng)電動勢輸出。若試件內(nèi)部不存在缺陷，軸向偏置磁場在內(nèi)部的分布如圖2虛線所示，即材料表面無漏磁場，漏磁感應(yīng)線圈5掃查經(jīng)過時(shí)無感應(yīng)電動勢輸出。
[0022]圖3為鋼芯中多處缺陷漏磁掃查結(jié)果示意圖，被測構(gòu)件為外徑18mm的高壓輸電線，其中內(nèi)層鋼芯外徑8mm，被測構(gòu)件總長度為300mm。在距離左端面L1、L2、L3處內(nèi)層鋼芯表面分別存在一處周向槽型缺陷，槽長5 mm，寬2 mm，深1 mm。當(dāng)傳感器沿圖3所示掃查方向?qū)?gòu)件進(jìn)行檢測時(shí)，經(jīng)過上述位置，漏磁感應(yīng)線圈5將輸出脈沖電壓信號。
[0023]圖4為傳感器實(shí)施渦流檢測時(shí)工作原理圖，渦流傳感器單元2由渦流線圈和U型鐵氧體組成。6個(gè)渦流傳感器單元2沿周向均勻分布，安裝于支撐架6上。各渦流傳感器單元2可獨(dú)立工作，沿其掃查路徑進(jìn)行缺陷檢測。但各渦流傳感器單元2的檢測范圍有限，對于圖4所示多處位置不同的缺陷，可綜合6個(gè)渦流傳感器單元2的檢測結(jié)果對全部缺陷進(jìn)行周向和軸向定位。
[0024]圖5為銅包層或鋁絞線中的多處缺陷渦流掃查結(jié)果示意圖。被測構(gòu)件為外徑18mm的高壓輸電線，被測構(gòu)件總長度為300臟。在距離左端面1^、1^、1^、1^丄5處外層鋁絞線表面分別存在一處周向槽型缺陷，槽長3_，寬1_，深1mm。當(dāng)傳感器掃查經(jīng)過圖4所示L1位置時(shí)，通道1處渦流傳感器單元2的阻抗產(chǎn)生明顯變化，其他通道無明顯變化；當(dāng)傳感器掃查經(jīng)過圖4所示L2位置時(shí)，通道2處渦流傳感器單元2的阻抗產(chǎn)生明顯變化，其他通道無明顯變化。依次類推，當(dāng)傳感器經(jīng)過圖4所示L3、L4和L5位置時(shí)，各通道渦流傳感器單元2的阻抗變化曲線見圖5。依據(jù)圖5中阻抗突變對應(yīng)的掃查位置及通道位置，可以大致判定出缺陷的軸向和周向位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器，其特征在于:包括環(huán)形永磁體、陣列式渦流傳感器單元、卡線盤、圓柱殼型屏蔽層、漏磁感應(yīng)線圈、支撐架和保護(hù)外殼，其中兩個(gè)厚度方向充磁的環(huán)形永磁鐵以磁極同向方式套裝于支撐架兩端，提供軸向靜磁場對被測構(gòu)件進(jìn)行磁化;支撐架為空心圓柱體，漏磁感應(yīng)線圈環(huán)形布置且嵌入支撐架中間的圓周表面;陣列式渦流傳感器單元在支撐架表面環(huán)形均布，陣列式渦流傳感器單元、卡線盤、漏磁感應(yīng)線圈、支撐架都在圓柱殼型屏蔽層內(nèi)，兩個(gè)卡線盤安裝在支撐架兩側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:陣列式渦流傳感器單元中渦流傳感器單元個(gè)數(shù)6 < N < 16。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器的應(yīng)用，其特征在于:當(dāng)傳感器整體沿被測構(gòu)件移動時(shí)，安裝于支撐架上的漏磁感應(yīng)線圈檢測到銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)中鋼芯缺陷處形成的漏磁場，以提供缺陷周向與軸向位置信息，而陣列式渦流傳感器單元檢測銅或鋁包鋼結(jié)構(gòu)表面銅或鋁層中的缺陷并提供軸向、環(huán)向位置信息;通過觀察漏磁及渦流信號，判斷被測構(gòu)件內(nèi)層及表層中是否存在缺陷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對缺陷的定位及評估。
【專利摘要】一種檢測銅或鋁包鋼軸類結(jié)構(gòu)的漏磁渦流一體化陣列傳感器屬于電磁無損檢測領(lǐng)域。本發(fā)明包括環(huán)形永磁體、陣列式渦流傳感器單元、卡線盤、圓柱殼型屏蔽層、漏磁感應(yīng)線圈、支撐架、保護(hù)外殼。兩個(gè)環(huán)形永磁鐵套裝于支撐架兩端，提供軸向靜磁場對被測構(gòu)件進(jìn)行磁化。漏磁感應(yīng)線圈檢測被測構(gòu)件表面形成的漏磁場；屏蔽層用于在陣列式渦流傳感器單元檢測敏感區(qū)域形成近零磁場區(qū)，渦流傳感器陣元沿被測構(gòu)件環(huán)向均布，檢測表面缺陷處的渦流場變化。陣列式渦流傳感器單元和漏磁感應(yīng)線圈的銅或鋁包鋼被測構(gòu)件均通過安裝于支撐架兩側(cè)的卡線盤引出后連接至傳感器電氣接口。本發(fā)明具備漏磁與渦流檢測雙功能，能對鋁包鋼絞線、銅包鋼接地棒等進(jìn)行全結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測。
【IPC分類】G01N27/90, G01N27/83
【公開號】CN105467001
【申請?zhí)枴緾N201510961244
【發(fā)明人】吳斌, 杜庸, 劉秀成, 楊杰明, 何存富
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月18日