一种交流电磁场检测仪制造技术

一种交流电磁场检测仪，仪器包括单片机、信号发生电路、程控增益功率放大电路、激励线圈、检测线圈、低噪声仪表放大电路、开关电容滤波电路、加法电路、AD转换电路及通信电路。采用开关电容滤波电路对检测线圈检测到的不同激励频率信号进行带通滤波。对检测线圈采集到的垂直信号Bz进行电压累加，使其在同一裂纹上的输出电压单调递增或递减。系统中采用了多路信号发生电路、程控增益功率放大器和开关电容滤波电路。本发明专利技术的技术效果是:克服了当前检测仪器测量范围窄、受干扰大、测量精度差的缺点，具有测量范围广、精度高、可靠性高的特点。可有效的对金属表面和近表面裂纹进行高精度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测仪，尤其涉及一种交流电磁场检测仪。
技术介绍
交流电磁场检测技术(AlternatingCurrent Field Measurement，简称 ACFM)是一项近年来发展起来的电磁无损检测技术。该技术利用电磁感应原理在待测金属表面感应交流电，通过测量金属表面或近表面裂纹对交流电的扰动而形成的感应磁场来判断金属表面或近表面裂纹的大小，进而判断金属能否继续在工程中使用。在实际的工程应用中，金属材料一般作为受力部件使用，长期使用后，在疲劳载荷、应力腐蚀及内外部环境的影响下，极易在应力集中、空洞、疏松、焊缝及焊缝热影响区产生表面或近表面裂纹。裂纹尺寸是评价构件安全系数的重要参数，能否快速、方便、准确地检测出裂纹的长度、宽度、深度等信息，并进行精确地定量表征成为预防构件断裂故障，防止重大恶性事故的发生的重中之重。传统的无损检测主要由射线、超声、磁粉、渗透四种无损检测方法。射线检测是应用于无损检测最早也是可靠性最高的检测方式，但是以其安全性低、仪器笨重而受到很大限制。超声检测精度较高，仪器小便于携带，但必须使用耦合剂，且对工件表面平整度要求较高，在试件表面粗糙和深水检测较为困难。对于渗透和磁粉，其检测灵敏度较高，但其对金属表面要求较高，需要对金属表面进行除漆、去包覆层等清理工作，大大增加了检测时间和难度；交流电磁场检测技术是一种全新的检测技术，该方法检测速度快、精度高，对于缺陷的定性和定量检测可一次完成，并且能够实现非接触检测，无需清理金属表面的油漆和涂层，对于深水测量难度也大大降低，同时不需要标定试块，具有传统无损检测方法无法比拟的优点。研制新的交流电磁场检测仪将具有广阔的应用前景。交流电磁场检测技术的研宄主要开始于上世纪80年代，主要由英国的伦敦大学无损检测中心进行研宄。在此基础上，伦敦大学几位教授成立了 Technical SoftwareConsultants (TSC)公司。TSC开发了相应的检测仪器并应用于海上石油平台及输油管道的检测。然而该项研宄仍然处于起步阶段，其应用范围仍然相当狭小，测量精度和准确度有待提高。TSC面世的U29，U31等几种检测仪器也以其笨重和高昂的价格而没有得到广泛的应用。在我国目前还没有研制出较为成熟的检测仪器。由于该技术相比于射线、超声等检测方法而言具有非常明显的优越性，故而开发出一款廉价、高精度的交流电磁场检测仪具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种交流电磁场检测仪，克服目前交流电磁场检测仪笨重、精度低等弊端，实现快速、高精度检验，达到定性和定量一次性完成。该电路主要包括信号发生电路、程控增益功率放大电路、激励线圈、检测线圈、低噪声仪表放大电路、开关电容滤波电路、加法电路、增益可调AD转换电路、通信电路及单片机控制部分。仪器总体电路框图如图1所示:单片机控制信号发生电路分别向功率放大电路、开关电容滤波电路、加法器提供信号源；功率放大电路向激励线圈提供正弦交流信号，低噪声放大电路放大检测线圈采集到的漏磁信号；开关电容滤波可以根据时钟频率的不同调整中心频率滤除不同频率的检测信号；由于不同材质的金属所需的最佳激励频率不同，因此信号发生电路需要输出不同频率的波形，向开关电容滤波电路提供200倍于激励电流的方波即可达到对不同频率信号进行滤波的目的。对于感应磁场的检测环节，虽然磁阻传感器的灵敏度较线圈要高，但是检测范围窄，容易超出量程，使用线圈则可以避免这个问题，通过在检测线圈中嵌入锰锌铁氧体作为骨架，可大大提高检测线圈的信号强度；理论和实验表明，Bz在同一个缺陷的两端会出现两个峰值，两个峰值大小相等，相位相反，通过对Bz叠加一个同频率，一定电压一定相位的正弦波，可以实现Bz信号的单调递增或递减，以便同Bx绘制蝶形图。目前国内很多交流电磁场检测仪仅仅是试验电路，功能单一，不能实现不同材料不同频率的检测，很多试验电路采用AMR、TMR、GMR等磁阻传感器，虽然大大提高了检测的灵敏度，却忽略了检测的范围。对于铁磁性物质而言，其表面的剩磁易导致仪器无法准确有效的测量缺陷的长度和深度，甚至超出磁阻传感器的量程而导致仪器无法工作。本专利技术采用单片机控制信号发生电路的方式，可产生任意频率的正弦信号，对于漏磁信号较弱的金属可通过单片机控制功率放大电路产生不同幅值的交流电提供给激励线圈；检测线圈通过增加缠绕匝数外加采用锰锌铁氧体作为骨架可大大增加信号强度，弥补线圈信号弱的特点，同时完全避免Bx、Bz超出量程的缺点；向开关电容滤波电路提供一定倍数于激励信号频率的方波，可以实现对Bx、Bz信号的调频滤波。通过加法器对Bz信号同相同频率不同幅值的信号进行累加可以实现Bz在同一缺陷上的单调递增或递减。本专利技术是这样实现的，单片机控制信号发生电路产生三路信号，一路经过功率放大器向激励线圈提供交流电激励，在待检金属表面感应出交流电流，电流遇到金属表面或近表面的缺陷后方向发生偏转，在试件表面形成水平方向和垂直方向的感应磁场，检测线圈通过电磁感应原理将两个感应磁场--Bx和Bz转化为电信号，经低噪声仪表放大电路放大后分别送至两个开关电容滤波电路滤波，经过滤波电路滤波后，Bx的信号直接被高速AD采集芯片采集，Bz则同信号发生电路的另一路同波形、同频、不同相位、不同幅值的信号进行相加，之后也送至高速AD采集芯片采集，两路信号经AD采集后以SPI总线的方式传输至单片机并实时传输至上位机处理。本专利技术的技术效果是:克服了当前交流电磁场检测仪使用磁阻传感器带来的测量范围窄的缺陷；克服了当当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电磁场检测仪，主要包括单片机、信号发生电路、程控增益功率放大电路、激励线圈、检测线圈、低噪声仪表放大电路、开关电容滤波电路、加法电路、AD转换电路及通信电路；其特征是：单片机连接信号发生电路，信号发生电路同程控增益功率放大电路、开关电容滤波电路、加法电路相连，程控增益功率放大电路同激励线圈相连，激励线圈和检测线圈连接，检测线圈同低噪声仪表放大电路相连，低噪声仪表放大电路同开关电容滤波电路相连，开关电容滤波电路同加法电路相连，加法电路同AD转换电路相连，AD转换电路同单片机相连，单片机同通信电路相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任尚坤，周留赐，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36