一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统，由霍尔元件阵列、U型磁芯、激励线圈、信号处理器、电源模块、单片机、功率放大器激发端阻抗匹配、发射探头、接收探头、上位机组成；单片机输出低频交变信号给激励线圈，磁化U型磁芯，使其与待测构件形成一个局部的漏磁环境，让被检测导磁构件在缺陷处形成漏磁场，并被置于该区域的霍尔元件阵列所感应，经信号处理后，送入上位机处理，初步给出损伤位置；再用超声探测对该部位进行精确测量，给出具体损伤情况；该发明专利技术粗检结合精检，检验更灵活，且精确度更高，是对传统的基于漏磁检测原理的一次革新。

A compound internal flaw detection system of pressure equipment based on magnetic flux leakage rough inspection and ultrasonic fine measurement

【技术实现步骤摘要】
一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统
本专利技术属于无接触金属检测的仪器仪表
，具体涉及一种基于磁真空泄露原理的漏磁无损检测技术，并结合电磁超声检测技术。
技术介绍
自1922年美国人霍克发现漏磁检测原理的原型也即磁粉检测以来，漏磁检测理论及其工程应用已被广泛地研究。其相应的理论研究有磁偶极子和有限元法的磁场静态分布求解问题、AMEET的漏磁逆向反演问题、MUKHOPADHYAY等的缺陷几何参数与其泄漏场及扫描速度之间相互影响关系分析。基于铁磁性材料的高磁导率和磁折射物理特性基础之上的漏磁检测原理一直沿用到现在，但这些应用主要还是以定性检测为主。这些理论下的检测器往往缺陷的漏磁场微弱，加上探头与被检体之间相对姿态的抖动所引起的磁噪声一直存在，使得检测方式始终为“零”距离接触式探测，检测探靴只能紧贴在被检测体上进行工作。在70年代末，英、俄、德等国家的学者先后进行了电磁超声的理论与实验研究。对于在铁磁材料中Lamb波的产生机理，对电磁超声的换能效率和工作机制做了进一步的分析，当所施加的偏置磁场较弱时，超声波的激发主要由材料的磁致伸缩力产生的，当所施加的偏置磁场较大时，磁致伸缩效应则相对微弱，是由于材料达到了磁化饱和。R.B.Thompson在1978年通过实验，对EMAT的三种工作机理进行了验证，对超声波的作用力进行了分析，得出相对于洛伦兹力和磁致伸缩力的作用，磁性力的作用可以忽略。90年代初，德国学者R.Ludwig首次采用有限元法建立了一个完整的多级电磁超声换能器的数学模型，并对电磁超声波的激发和接收过程进行了仿真。美国学者H.Kwun等人利用磁致伸缩传感器实现了对钢丝绳、杆、管、板等结构的检测。2005年华威大学的X.Jian,S.Dixon和R.S.Edwards等人利用数值解析法对EMAT进行了建模仿真分析，对任意声源的声场模型进行了研究，并对EMAT在非铁磁材料中激发的表面波的声场进行了分析。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术将原先的漏磁检测基础作为粗检，在通过电磁超声探测技术进行精确检测，检验更灵活，且精确度更高。本专利技术通过以下技术方案实现：一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统，由霍尔元件阵列(1)、U型磁芯(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、功率放大器(7)、激发端阻抗匹配(8)、发射探头(9)、接收探头(10)、上位机组成(11)；霍尔元件阵列(1)采用2*4布置差动处理的方法，两列霍尔元件背对背排列，电源模块(5)给整个系统供电，单片机(6)输出低频交变信号给激励线圈(3)，磁化U型磁芯(2)，使其与待测构件形成磁回路，形成一个局部的磁真空泄露环境，让被检测导磁构件体内磁通在缺陷处泄漏到所创造的磁真空区域，形成漏磁场并被置于该区域的霍尔元件阵列(1)所感应，产生检测电信号经信号处理器(4)处理后通过数字式通信接口，送入上位机(11)通过MATLAB处理，形成相位图和幅值图，初步反应出损伤；单片机(6)产生1MHz的高频交变信号，在通过功率放大器(7)进行放大，通过激发端阻抗匹配(8)给发射探头(9)；接收探头(10)接受到待测构件的电磁超声波，产生电信号经信号处理器(4)处理后通过数字式通信接口，经上位机(11)处理后，给出损伤的具体情况。所述的所述的一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统,其霍尔元件阵列(1)与待测构件间隔1mm-2mm。所述的一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统,其发射探头(9)和接收探头(10)与待测构件间隔10mm-20mm。所述的一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统,其发射探头(9)与接收探头(10)间隔125mm。本专利技术的工作原理是：磁场具有扩散与聚集特性，在介质的分界面处，磁场的扩散与聚集传递遵循连续条件：①切向磁场强度相等；②法向磁感应强度相等。即:式中，e是垂直于界面的单位矢量，由介质1指向介质2；B1(H1)及B2(H2)分别为介质1(磁导率为μ1)和介质2(磁导率为μ2)内的磁感应强度(磁场强度)，它们在介质1及2内与中法线e的夹角分别为α1、α2。由式(1)可得：式(2)中，Bne(Hne)及Bnτ(Hnτ)分别为在介质n(n＝1,2)内磁感应强度(磁场强度)的法向分量和切向分量，也即得：式(3)构成磁折射扩散规则。磁的折射偏转方向与入射角以及介质的导磁率有关。磁场方向与介质面几何形状构成入射角α1。由于α1＝0°或α1＝90°的磁入射角只有在理想的介质面几何形状条件下发生，所以结合实际的磁入射角范围0<α1<90°对式(3)作如下讨论。(1)当μ2＝μ1时，有α2＝α1，磁感应线直接穿越界面不发生折射。在同一磁化场H下，由B＝μH可知B2＝B1，此时两者磁压相等，磁压差为零的情况下互不发生磁泄漏。(2)当μ2≤μ1时，有α2≤α1，μ2介质内磁感应线发生折射，且折向法线n，形成磁通量由μ1介质向μ2介质的泄漏扩散。此时，由于B2＝μ2H≤μ1H＝B1，存在着由μ1介质向μ2介质的磁压差，会形成由前者向后者的磁泄漏扩散，当μ1介质为导磁构件，μ2介质为空气时，最终形成由导磁构件向空气的磁泄露。由于在介质的交界面，突变的缺陷也即0<α1<90°条件，所以这就是现有的缺陷磁空气泄漏原理及其相应的漏磁检测方法。但不管怎样，因为μ2(μair＝1)≥1，所以可见，由于μ2(μair＝1)≥1的存在，导致偏转泄漏角有最大值90°-α2。(3)由(1)、(2)分析，进一步地，假设存在某种介质μ2→0或μ2＝0，则会得到：或这样，磁感应线的折射线更加偏向中法线并与之重合，发生最为严重的极端折射，导致最终磁泄漏。此时，由于B2＝μ2H＝0，μ2介质内无磁感应线，也即对于μ1介质，其背景磁场呈“磁真空”状，形成μ2介质对μ1介质的磁吸附作用趋势，或者说μ1介质内磁通泄漏时无反向磁压作用，使得缺陷所产生的漏磁场最彻底，达到最大化。这种磁泄漏称之为磁真空泄漏。人为地清除较强的背景磁场，让被磁化的待检测导磁构件体内的磁通在缺陷处无反向磁压最大化地泄漏到所创造的磁真空区域，形成最大化的缺陷漏磁场；同时，将霍尔元件置于形成的磁真空区内，拾取该最大化的缺陷泄漏场。对于铁磁性材料，在进行电磁超声检测时，当电流方向和磁场方向垂直时，并且磁场方向和试件表面垂直时，在试件内部激发出了Lamb波，根据应力学边界条件可以得到，在较薄的钢板板材的上下表面应力为0，两个自由表面的坐标分别是y＝d/2＝h和y＝-d/2＝-h。依据Helmholtz原理可得，固体中任意质点的位移u可表示为标量场φ的梯度和矢量场Ψ的旋之和的形式：可以得到横波与纵波的波动方程：上式中，cT为横波波速，cL为纵波波速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统，其特征在于，采用了超声波和漏磁场结合的探伤方式，装置由霍尔元件阵列(1)、U型磁芯(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、功率放大器(7)、激发端阻抗匹配(8)、发射探头(9)、接收探头(10)、上位机(11)组成；霍尔元件阵列(1)采用2*4布置差动处理的方法，两列霍尔元件阵列背对背排列，电源模块(5)给整个系统供电，单片机(6)输出低频交变信号给激励线圈(3)，磁化U型磁芯(2)，使其与待测构件形成磁回路，形成一个局部的磁真空泄露环境，让被检测导磁构件体内磁通在缺陷处泄漏到所创造的磁真空区域，形成漏磁场并被置于该区域的霍尔元件阵列(1)所感应，产生检测电信号经信号处理器(4)处理后通过数字式通信接口，送入上位机(11)通过MATLAB处理，形成相位图和幅值图，初步反应出损伤；单片机(6)产生1MHz的高频交变信号，在通过功率放大器(7)进行放大，通过激发端阻抗匹配(8)给发射探头(9)；接收探头(10)接受到待测构件的电磁超声波，产生电信号经信号处理器(4)处理后通过数字式通信接口，经上位机(11)处理后，给出损伤的具体情况。/n...

【技术特征摘要】
1.一种漏磁粗检结合超声精测复合型承压设备内部探伤系统，其特征在于，采用了超声波和漏磁场结合的探伤方式，装置由霍尔元件阵列(1)、U型磁芯(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、功率放大器(7)、激发端阻抗匹配(8)、发射探头(9)、接收探头(10)、上位机(11)组成；霍尔元件阵列(1)采用2*4布置差动处理的方法，两列霍尔元件阵列背对背排列，电源模块(5)给整个系统供电，单片机(6)输出低频交变信号给激励线圈(3)，磁化U型磁芯(2)，使其与待测构件形成磁回路，形成一个局部的磁真空泄露环境，让被检测导磁构件体内磁通在缺陷处泄漏到所创造的磁真空区域，形成漏磁场并被置于该区域的霍尔元件阵列(1)所感应，产生检测电信号经信号处理器(4)处理后通过数字式通信接口，送入上位机(11)通过MATLAB处理，形成相位图和幅值图，初步...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏越洋，沈常宇，吴万康，徐玮鑫，刘泽旭，李光海，朱周洪，张崇，刘姝仪，丁泽宜，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33