一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头及方法技术

本发明专利技术属于无损检测技术领域，涉及一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头及方法。本发明专利技术双频激励圆形涡流探头，包括双频激励探头组件、检测探头组件和固定架；所述激励探头组件有两组，以检测探头组件为中心，呈左右对称分布；所述激励探头组件由激励线圈和激励线圈安装立柱组成；所述检测探头组件由检测线圏和检测线圈安装立柱组成；所述固定架由固定连接的立柱固定板和扫查部件连接件组成；所述激励线圈安装立柱底端和所述检测线圈安装立柱底端安装在立柱固定板上；所述激励线圈为圆形涡流线圈，采用正弦双频率交流电流激励。采用本发明专利技术双频激励探头可提高涡流渗透深度和探头对深裂纹的检测能力，其渗透深度可达到21mm左右。

Dual frequency excitation circular eddy current probe and method for detecting thick wall deep crack defects

The invention belongs to the field of nondestructive testing technology, and relates to a dual-frequency excitation circular eddy current probe and a method for detecting thick-wall deep crack defects. The dual frequency excited circular eddy current probe includes the dual frequency excitation probe module, the detection probe module and the fixed frame. The excitation probe assembly has two groups to detect the probe assembly as the center and distribute in the right and left symmetry; the excitation probe component is composed of an exciting coil and an exciting coil installation column; the probe group is detected. The fixed frame is composed of a fixed column fixed plate and a scanning part connecting part, and the bottom end of the excitation coil and the bottom end of the installation column of the detection coil are installed on the column fixed plate, and the exciting wire ring is a circular eddy coils, and the sine double is used. Frequency AC current excitation. The dual-frequency excitation probe of the invention can improve the eddy current penetration depth and the detection ability of the probe for deep cracks, and the penetration depth can reach about 21 mm.

【技术实现步骤摘要】
一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头及方法
本专利技术属于无损检测
，涉及一种用于工业检测缺陷的涡流探头，尤其涉及一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头及方法。
技术介绍
涡流检测是常规无损检测技术之一，是以电磁感应原理为基础，依据材料电磁性能变化来对材料及构件实施缺陷探测和性能测试的电磁检测方法，其基本原理是以电磁学的理论为基础的。涡流检测方法具有非接触、检测速度快和浅裂纹定量方面的优势，是一种对结构表面和近表面缺陷进行定量无损评价的有效方法。涡流在线检测技术在工业中已被广泛应用于大型、重型、特种设备以及航空航天关键零部件制造中，因此，裂纹的检测技术对保障设备运行安全、评定设备寿命、降低设备维护成本等至关重要。目前常规涡流检测采用单一频率的涡流探头进行检测，基本停留在近表层缺陷的检测，因为存在明显的集肤效应，所以对装备零件中较深缺陷以及深层缺陷识别能力有限。虽然通过优化探头结构参数、降低激励频率等措施，可以在一定程度上提高对深裂纹的检测效果，但同时存在其他问题：如采用低频激励虽然可以增大涡流渗透深度、提高探头检测深层缺陷的能力，但同时会导致探头分辨率低、信噪比低、检测速度和信号幅值过低，并引发了探头速度效应和检测信号分辨困难等问题。即使通过采用干涉仪（SQUID）、巨磁阻传感器（GMR）、霍尔元件等磁敏元件以及磁路屏蔽等方式可以改进灵敏度，但检测速度过低的问题始终不能得到很好地解决，因而无法应用于大面积高速检测场合。因此，研究适用于大面积厚壁深裂纹缺陷高速检测的涡流检测探头，在保障设备安全运行、评定设备寿命、降低设备维护成本等方面具有重要意义和前景。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头及检测方法，通过两个不同频率的激励线圈同时反向激励，在试件材料中产生复合的涡流场，从而达到改变材料中涡流场的分布状态和增加渗透深度的目的。和单一频率（低频激励）、采用磁敏元件等现有技术相比，本专利技术可有效解决探头分辨率低、灵敏度下降、检测速度低、检测信号分辨困难等问题，可用于厚壁构件深层裂纹缺陷的大批量高速检测，为工业实际中厚壁深裂纹缺陷的检测和评估提供准确可靠的判断依据。本专利技术采用的技术方案是：一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：包括激励探头组件、检测探头组件和固定架；所述激励探头组件有两组，以检测探头组件为中心，呈左右对称分布；所述激励探头组件每组由1个激励线圈和1个相应的激励线圈安装立柱组成，所述激励线圈套在激励线圈安装立柱上；所述检测探头组件由检测线圏和检测线圈安装立柱组成，所述检测线圏套在检测线圈安装立柱上；所述固定架由立柱固定板和扫查部件连接件组成，所述立柱固定板与扫查部件连接件固定连接；所述激励线圈安装立柱底端和所述检测线圈安装立柱底端安装在立柱固定板上；所述立柱固定板与扫查部件连接件固定连接。进一步，所述双频激励圆形涡流探头整体通过所述扫查部件连接件与扫查部件可拆卸安装。进一步，所述激励线圈为圆形涡流线圈，采用正弦双频率交流电流激励。进一步，所述检测探头组件有一组，由1个检测线圈和1个对应的检测线圈安装立柱组成。进一步，所述检测线圈为圆形涡流线圈。进一步，所述激励线圈及对应的激励线圈安装立柱的直径分别大于所述检测线圈及对应的检测线圈安装立柱的直径。进一步，所述激励线圈完全套在激励线圈安装立柱上，其顶端面与激励线圈安装立柱顶端面保持在同一平面内，以保持激励线圈在检测过程中固定的相对位置关系。进一步，所述检测线圈完全套在检测线圈安装立柱上，其顶端面与检测线圈安装立柱顶端面保持在同一平面内，以保持检测线圈在检测过程中固定的相对位置关系。进一步，所述扫查部件连接件为连接板，连接板上设置有安装孔，用于将所述双频激励圆形涡流探头整体安装在扫查部件上。优选地，所述安装孔有多个，对称分布于扫查部件连接件上。进一步，所述激励线圈安装立柱、检测线圈安装立柱和固定架均由PVC材料制成。进一步，所述激励线圈和检测线圈均由漆包线绕制而成。基于上述方案，本专利技术采用的另一个技术方案是：一种用上述双频激励圆形涡流探头对厚壁深裂纹缺陷进行检测的方法，其特征在于：S1.通过同步交流电源，向两组激励线圈中持续通入频率和大小不同的稳态正弦激励电流，该正弦激励电流在金属平板试件中产生涡流场；S2.通过扫查控制台，使检测探头组件在试件表面进行C扫，缺陷处的涡流场受到缺陷的扰动，通过扰动磁场将缺陷信息反馈到检测线圈中；S3.将检测线圈中的检测信号输入到滤波器中，利用滤波器过滤除去其中的高频噪声，输出到示波器；S4.将过滤除去高频噪声的检测信号输入到放大器中，通过放大器将微弱的检测信号放大；S5.将试件缺陷信号在示波器上实时显示出来，发现缺陷，通过标准试件的标定曲线计算出该缺陷的实际深度。进一步，两组激励线圈之间的间隙距离S=(1.4-2)×Ro，Ro为激励线圈的外半径；激励线圈之间的间隙距离对探头的整体尺寸和探头的检测性能起着重要作用，直接影响深裂纹的检测结果，保持合适的距离可有效提高探头对裂纹的检测深度。本专利技术优选采取两个较大的圆形涡流线圈作为激励元件，一个较小的圆形涡流线圈作为检测信号采集元件，检测线圈位于两个圆形激励线圈中心连线的中点位置，通过分析试验证明，两个圆形激励线圈的间距为S=(1.4-2)×Ro这个距离范围时，可实现对深度缺陷的检测。进一步，两组激励线圈中，频率较高的一侧激励线圈选配较小的激励电流，频率较低的一侧选配较大的激励电流，每个激励线圈中电流大小保持在向其中通入的激励频率的0.5-0.7倍。探头的配置主要包括激励线圈中激励电流大小和激励频率的配置、激励线圈之间的间隙的配置等。两个激励线圈中激励电流大小的分配直接影响涡流深度的大小。激励线圈电流在试件表面产生的涡流密度大小受激励频率和激励电流这两种因素的制约。不同激励频率、不同激励电流大小在试件表面产生的涡流密度大小均不同，通过同时调整激励频率和激励电流比例，使其达到合适值时，就可有效降低试件表面的集肤效应。大电流能够产生较大的涡流密度，频率较高的一侧激励线圈选配较小的激励电流，频率较低的一侧选配较大的激励电流，通过分析试验，本专利技术当电流大小保持在激励频率的0.5-0.7倍时可得到较理想的效果。本专利技术的原理是：首先，向两组激励线圈持续通入频率和大小不同的稳态正弦激励电流，该正弦激励电流会在试件表面及内部产生交变磁场，变化的磁场会在试件内部及试件表面感生出交变涡流，涡流会受到试件内部缺陷的扰动，涡流感生的次生磁场以及检测信号会被圆形检测线圏拾取，通过对检测信号进行处理并与无缺陷试件的检测信号进行比较，从而判断当前位置是否存在缺陷；如果存在缺陷，则继续通过标准试件的标定曲线即可推断出该缺陷的实际深度。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用对方向不敏感的圆形涡流线圈作为激励和检测元件，在实际检测过程中，克服了矩形激励线圈产生的涡流对裂纹方向敏感、以及不易检出与涡流流向平行的裂纹缺陷的问题，从而有效避免裂纹漏检情况的发生。2、本专利技术双线圈激励探头采用正弦双频率交流激励的方式，不同频率产生的涡流在试件内部的衰减程度不尽相同，通过设置适当的激励参数，使被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：包括激励探头组件、检测探头组件和固定架；所述激励探头组件有两组，以检测探头组件为中心，呈左右对称分布；所述激励探头组件每组由1个激励线圈(1)和1个对应的激励线圈安装立柱(2)组成，所述激励线圈(1)套在激励线圈安装立柱(2)上；所述检测探头组件由检测线圏(3)和检测线圈安装立柱(4)组成，所述检测线圏(3)套在检测线圈安装立柱(4)上；所述固定架由立柱固定板(5)和扫查部件连接件(6)组成，所述立柱固定板(5)与扫查部件连接件(6)固定连接；所述激励线圈安装立柱(2)底端和所述检测线圈安装立柱(4)底端安装在立柱固定板(5)上。

【技术特征摘要】
1.一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：包括激励探头组件、检测探头组件和固定架；所述激励探头组件有两组，以检测探头组件为中心，呈左右对称分布；所述激励探头组件每组由1个激励线圈(1)和1个对应的激励线圈安装立柱(2)组成，所述激励线圈(1)套在激励线圈安装立柱(2)上；所述检测探头组件由检测线圏(3)和检测线圈安装立柱(4)组成，所述检测线圏(3)套在检测线圈安装立柱(4)上；所述固定架由立柱固定板(5)和扫查部件连接件(6)组成，所述立柱固定板(5)与扫查部件连接件(6)固定连接；所述激励线圈安装立柱(2)底端和所述检测线圈安装立柱(4)底端安装在立柱固定板(5)上。2.如权利要求1所述的一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：所述双频激励圆形涡流探头整体通过所述扫查部件连接件(6)与扫查部件可拆卸安装。3.如权利要求1所述的一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：所述激励线圈(1)与所述检测线圏(3)均为圆形涡流线圈；所述激励线圈(1)及对应的激励线圈安装立柱(2)的直径分别大于所述检测线圏(3)及对应的检测线圈安装立柱(4)的直径；所述激励线圈(1)采用正弦双频率交流电流激励。4.如权利要求1所述的一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：所述激励线圈(1)完全套在激励线圈安装立柱(2)上，其顶端面与激励线圈安装立柱(2)顶端面保持在同一平面内，以保持激励线圈(1)在检测过程中固定的相对位置关系；所述检测线圏(3)完全套在检测线圈安装立柱(4)上，其顶端面与检测线圈安装立柱(4)顶端面保持在同一平面内，以保持检测线圏(3)在检测过程中固定的相对位置关系。5.如权利要求1所述的一种检测厚壁深裂纹缺陷的双频激励圆形涡流探头，其特征在于：所述扫查部件连接件(6)为连接板(7)，所述连接板(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东利，王闯龙，武美先，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64