一种采用电子散斑技术的全场式缺陷的电磁检测方法技术

本发明专利技术涉及一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法，可用于探测导体中的微颗粒及缺陷。在洛伦兹力微颗粒探测法的基础上，采用阵列式排布探头，对以固定速度旋转N周的试样进行扫描，并采用电子散斑动态微变形测量方法实时监测由微颗粒或缺陷引起的悬臂梁位移的变化；在信号采集过程中，采用角度编码器检测旋转试样的角位移，形成特定时序的触发信号控制高速相机按特定逻辑时序进行散斑干涉图的采集，按采集的时间顺序处理后可获得悬臂梁位移量变化曲线；最后对位移量变化曲线进行分析获得洛伦兹力变化量，进而提取出缺陷的特征信息；本发明专利技术测量过程中引入了角度编码器及相关控制电路控制高速相机的采样过程；测量方法简单；测量准确度高；测量效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用电子散斑技术的全场式缺陷的电磁检测方法
本专利技术涉及一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法，该方法可用于探测导体中缺陷的检测，属于无损检测领域。
技术介绍
管、线材和薄板类等金属材料可能由于原材料和制备工艺的原因含有杂质(如氧化物、硫化物颗粒等)孔穴、裂纹等缺陷，这将严重影响材料的使役性能。显而易见，对微颗粒或缺陷进行有效的探测和监测具有重要的生产意义。目前金属材料中缺陷的在线无损检测技术主要有光学，超声，涡流等。光学检测精度高，可分辨出试样表面微米级缺陷，但其检测到的缺陷取决于试样制备后裸露在表面的缺陷部分尺寸大小，存在一定得偶然性，且无法判断物体内部的缺陷和分布，并且对试样制备要求较高，设备复杂昂贵且对缺陷的量化评估困难。超声检测受限于超声波的频率，方法准确度差，并且超声检测常需要耦合介质，这也限制了它在相关金属材料缺陷监测方面的应用。各类方法中，涡流检测灵敏度高、操作方便、速度快且耗费低。根据传统的涡流检测原理，涡流检测是以研究涡流与试件的相互关系为基础的一种常规无损检测方法。涡流检测技术最大的优点在于可以实现表面及近表面缺陷的检测，但是由于趋肤效应和提离效应的不利影响，且激励线圈和检测线圈很难做得很小，决定了涡流检测方法的一定局限性，如：对被检测对象的形状不敏感，这对检测诸如裂纹等长径比较大的缺陷十分不利。因此开发有效简便、非接触、无损检测方法十分必要且具有重要的、现实的国民经济和国防科技意义。中国科学院大学王晓东教授提出：洛伦兹力微颗粒探测法(德国专利：102013018318.9及102013006182.2)，如图1a所示：该方法是一种基于电磁感应原理探测导体中缺陷的方法，使小永磁体与待测导体之间产生相对运动，由麦克斯韦的电磁场理论可知在导体中将产生涡电流，试样中涡电流与永磁体相互作用产生洛伦兹力作用于试样，根据牛顿第三定律，有一与洛伦兹力大小相等方向相反的反作用力作用于永磁体；如图1b中所示：由于金属材料中微颗粒的存在将导致涡电流大小及分布发生变化，进而作用在试样上的洛伦兹力及作用在永磁体上的反作用力也随之变化，通过检测永磁体上的反作用力变化量可探测缺陷的特征参数。该方法可获得的探测量电磁力(矢量)为矢量，这一特性决定了相对于传统涡电流检测方法，通过该方法可以获知缺陷的信息更为丰富，如可获知缺陷的形状、裂纹的空间分布等信息。但该方法中采用单个永磁体作为探头，而单个永磁体磁敏感区域为1毫米级别，因此对试样扫描区域较小，对面积较大的待测试样需多次扫描才能获得试样中缺陷的统计信息。本文针对单探头洛伦兹力微颗粒探测法中测量敏感区较小进而测量效率较低这一问题，提出了一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法可实现快速准确地对导体中的缺陷进行探测及定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对单探头洛伦兹力微颗粒探测法中测量敏感区较小进而测量效率较低这一问题，提出了一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法可实现快速准确地对导体中缺陷进行探测及定位；而阵列式洛伦兹力微颗粒探测法中，在空间阵列式排布的永磁体-悬臂梁系统中悬臂梁位移量的实时监测是阵列式洛伦兹力微颗粒探测法实用化的关键，而市场中无相关方法可实现该功能，因此本文提出了一种基于电子散斑干涉法对多个悬臂梁的动态微变形量进行测量，进而使阵列式洛伦兹力微颗粒探测法实用化。电子散斑干涉技术的光路有不同的类型，针对本项目的特殊应用，本仪器采用了剪切电子散斑干涉光路，使来自于被测悬臂梁和周边物体(即安装悬臂梁的横梁)的反射光发生干涉，形成剪切干涉。传统剪切电子散斑干涉技术的剪切量要远小于被测物体的尺寸，其测量的结果为物体位移的空间梯度；而本项目中剪切量要大于被测物体尺寸，其测量结果直接为物体的位移，这种测量方法也叫做大剪切电子散斑干涉技术。需要说明的是，相对于普通的电子散斑干涉光路，(大)剪切电子散斑干涉光路属于光学共路干涉，其抗干扰能力更强，光路可靠性更高，且对被测物体(包括横梁在内)的整体位移(即刚体位移)敏感度更低。所述方法包括：步骤1，含有缺陷的试样置于旋转台上以固定速度旋转N周；步骤2，阵列式排布永磁体-悬臂梁系统对旋转的试样一定区域进行扫描，并采用电子散斑动态微变形测量方法实时监测由微颗粒或缺陷引起的悬臂梁位移的变化；步骤3，角度编码器检测旋转物体的角位移，形成特定时序的触发信号控制高速相机按特定逻辑时序进行散斑干涉图的采集(如步骤1中第一周的T1时刻)，即获得悬臂梁变形过程T1时刻的位移量。步骤4，重复步骤3，但是在步骤1中第2周的T1的下一个时刻T2进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程T2时刻的位移量。步骤5，重复步骤3第N次，在第N次旋转周期中的，相对于上一旋转周期(N-1)的TN-1时刻的下一个时刻TN进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程TN时刻的位移量。步骤6，对上述步骤中获得的N次悬臂梁位移量按获得的时间顺序处理获得缺陷经过电磁敏感区时引起的悬臂梁位移量变化曲线。步骤7，根据步骤6中获得的悬臂梁位移量变化曲线分析获得洛伦兹力变化量，进而获得缺陷的特征信息。进一步的，所述步骤1中所述试样置于旋转台上以固定速度旋转N周，试样中所含缺陷或微颗粒也以固定线速度做圆周运动N次。进一步的，所述步骤2中，阵列式排布的各永磁体磁敏感区域(空间电磁场分布)相互独立，互不干扰，但从测量角度看，阵列式排布探头探测敏感区相互补充，无测量盲区，因此阵列式探头中多个永磁体的排布方式是本方法的一个关键点。进一步的，所述步骤2具体为，阵列式排布永磁体-悬臂梁系统对旋转的试样一定区域进行扫描，因为步骤1中的试样所含缺陷或微颗粒以固定线速度做圆周运动，当缺陷或微颗粒N次经过阵列式排布永磁体-悬臂梁系统的特定电磁敏感区时，对应的悬臂梁发生N次受力变形过程；而无缺陷经过的悬臂梁则无对应位移量，即将试样中缺陷的特征信息与阵列式悬臂梁的响应特征信息一一对应，并且测量探头在一个周期中获得的信号是一系列具有随机性的脉冲信号，但在N次旋转周期中则呈现周期性。进一步的，所述步骤2中，悬臂梁位移量越大，则微颗粒或异质缺陷的尺寸越大；悬臂梁位移变化所产生的脉冲信号与微颗粒或异质缺陷相对应；通过对阵列式探头中发生位移变化的悬臂梁-永磁体系统信息进行分析，可快速标定试样中缺陷存在的位置。进一步的，所述步骤2中采用电子散斑动态微变形仪对阵列式排布的多个悬臂梁位移量进行同时监测是该阵列式检测方法实用化的关键，电子散斑动态微变形测量方法的全场测量特性使得对大面积测量区域中的多个悬臂梁进行检测成为可能。进一步的，所述步骤3中的采用角度编码器获得旋转盘的角位移并控制高速相机采样是本方法实现的关键；其中角度编码器检测旋转物体的角位移，每周输出特定个脉冲，经高速相机触发电路处理后形成特定时序的触发信号，使剪切电子散斑干涉测头里面的高速相机按特定逻辑时序进行散斑干涉图的采集进一步的，基于步骤1-2中缺陷引起的悬臂梁位移量变化曲线将独立重复出现N次，所述步骤4-7中，将悬臂梁位移量变化曲线分为N-1等份并在特定周期N中对位移量变化曲线中的第N个点位移量对应的散斑图进行采样。N越大，获得的悬臂梁位移量变化曲线越精确。本专利技术基于剪切电子散斑干涉法对阵列式洛伦兹力微颗粒中的悬臂梁位移量进行测量，测量原理清晰；测量方法结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于探测导体中的微颗粒及缺陷的阵列式洛伦兹力微颗粒探测法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，含有缺陷的试样置于旋转台上以固定速度旋转N周；步骤2，阵列式排布永磁体‑悬臂梁系统对旋转的试样一定区域进行扫描，并采用电子散斑动态微变形测量方法实时监测由微颗粒或缺陷引起的悬臂梁位移的变化；步骤3，角度编码器检测旋转物体的角位移，形成特定时序的触发信号控制高速相机按特定逻辑时序进行散斑干涉图的采集(如步骤1中第一周的T1时刻)，即获得悬臂梁变形过程T1时刻的位移量；步骤4，重复步骤3，但是在步骤1中第2周的T1的下一个时刻T2进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程T2时刻的位移量；步骤5，重复步骤3第N次，在第N次旋转周期中的，相对于上一旋转周期(N‑1)的TN‑1时刻的下一个时刻TN进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程TN时刻的位移量；步骤6，对上述步骤中获得的N次悬臂梁位移量按采集的时间顺序处理获得缺陷经过电磁敏感区时引起的悬臂梁位移量变化曲线。步骤7，根据步骤6中获得的悬臂梁位移量变化曲线分析获得洛伦兹力变化量，进而提取出缺陷的特征信息；

【技术特征摘要】
1.一种用于探测导体中的微颗粒及缺陷的阵列式洛伦兹力微颗粒探测法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，含有缺陷的试样置于旋转台上以固定速度旋转N周；步骤2，阵列式排布永磁体-悬臂梁系统对旋转的试样一定区域进行扫描，并采用电子散斑动态微变形测量方法实时监测由微颗粒或缺陷引起的悬臂梁位移的变化；步骤3，角度编码器检测旋转物体的角位移，形成特定时序的触发信号控制高速相机按特定逻辑时序进行散斑干涉图的采集(如步骤1中第一周的T1时刻)，即获得悬臂梁变形过程T1时刻的位移量；步骤4，重复步骤3，但是在步骤1中第2周的T1的下一个时刻T2进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程T2时刻的位移量；步骤5，重复步骤3第N次，在第N次旋转周期中的，相对于上一旋转周期(N-1)的TN-1时刻的下一个时刻TN进行散斑干涉图的采集，即获得悬臂梁变形过程TN时刻的位移量；步骤6，对上述步骤中获得的N次悬臂梁位移量按采集的时间顺序处理获得缺陷经过电磁敏感区时引起的悬臂梁位移量变化曲线。步骤7，根据步骤6中获得的悬臂梁位移量变化曲线分析获得洛伦兹力变化量，进而提取出缺陷的特征信息；2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述试样置于旋转台上以固定速度旋转N周，试样中所含缺陷或微颗粒也以固定线速度做圆周运动N次。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，阵列式排布的各永磁体磁敏感区域(空间电磁场分布)相互独立，互不干扰，但从测量角度看，阵列式排布探头探测敏感区相互补充，无测量盲区，因此阵列式探头中多个永磁体的排布方式是本方法的一个关键点。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，阵列式排布永磁体-悬臂梁系统对旋转的试样一定区域进行扫描，因为...

【专利技术属性】
技术研发人员：代尚军，王晓东，史祎诗，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11