基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法技术方案

基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法，该系统包括：磁化装置，用于通电后在其内部产生感应磁场，并磁化铁磁材料，当铁磁材料上出现缺陷时，感应磁场发生变化产生漏磁场并被漏磁场探头检测出，根据漏磁场探头采集到的信号大小以及相位，能够判断缺陷位置和大小；漏磁场探头，将检测到的磁场信号转化为电压信号传输至信号调理电路；信号调理电路，用于处理漏磁场探头输出信号，通过检测得到磁场信息

【技术实现步骤摘要】
基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及铁磁材料电磁检测
，具体涉及一种基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法
。

技术介绍

[0002]电磁检测技术利用在磁场作用下，物体内部的磁化状态变化引起的周围磁场变化，检测物体表面或周围的漏磁场来判断物体内部的缺陷情况
。
该技术广泛应用于金属材料的无损检测领域，并在工业生产中起到了重要作用，比如：铁路轨道无损检测，电磁检测技术可以检测铁路轨道的缺陷，如裂纹
、
疲劳
、
腐蚀等，提高铁路运输的安全性；钢结构无损检测，电磁检测技术可以检测钢结构中的缺陷，如裂纹
、
气孔等，提高钢结构的安全性和可靠性
。
总之，电磁检测技术在工业生产中无处不在，为保证设备和结构的安全运行提供了重要的技术支持
。
[0003]电磁检测方法目前有：
①
、
磁粉法：通过涂覆磁粉来检测铁磁材料表面的缺陷；
②
、
剩磁法：通过测量铁磁材料的剩磁场来判断材料中的缺陷；
③
、
磁阻法：通过测量磁阻值来检测铁磁材料中的缺陷；
④
、
磁感应法：通过测量磁感应强度的变化来检测铁磁材料中的缺陷；
⑤
、
磁滞回线法：通过测量磁滞回线的变化来检测铁磁材料中的缺陷
。
相较于其他几种方法，磁感应法由于其高灵敏性以及准确性受到广泛研究，也是目前电磁检测的主要方法
。
[0004]磁感应法通过励磁装置将铁磁材料磁化，在铁磁材料有缺陷的位置会感应出漏磁场，通过磁敏元件检测这些漏磁场的大小来判断缺陷情况
。
不同的励磁方法产生的漏磁场也有所不同
。
目前常用的励磁方法是使用永磁体励磁，但永磁体不能控制产生的磁场大小，并且如果不做好屏蔽会产生一定的强磁污染
。
而交流励磁法能产生变化的磁场，对于检测缺陷的灵敏度更高，对于小缺陷更有效
。
但是，交流励磁也存在一定的趋肤效应，可以通过降低交流频率或者根据被测对象的尺寸，计算得到相应的趋肤深度来确定合适的频率
。
并且由于交流励磁产生的感应磁场是变化的，难以测量感应磁场磁感应强度在当前频率下的幅值
。

技术实现思路

[0005]针对目前永磁体励磁检测方法不能调节励磁场大小，容易造成强磁污染；以及交流励磁检测方法存在的趋肤效应与感应磁场幅值难以测量的问题
。
本专利技术提供了一种基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法，能够有效检测出各种铁磁性材料上的缺陷，并利用正交相关检测得到感应磁场的幅值以及相位，以此来识别缺陷的类型和位置
。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，该系统包括：
[0008]磁化装置，用于通电后在其内部产生感应磁场，并磁化铁磁材料，当铁磁材料上出现缺陷时，感应磁场发生变化产生漏磁场并被漏磁场探头检测出，根据漏磁场探头采集到的信号大小以及相位，能够判断缺陷位置和大小；
[0009]漏磁场探头，将检测到的磁场信号转化为电压信号传输至信号调理电路；
[0010]信号调理电路，用于处理漏磁场探头输出信号，通过检测得到漏磁信号的幅值与相位
。
[0011]包括交流电源，用于给磁化装置供电，调节产生电压的幅值
、
频率，以及为正交相关检测提供参考信号
。
[0012]所述磁化装置包括：上励磁线圈
、
下励磁线圈，所述上励磁线圈
、
下励磁线圈分布在被测铁磁材料两侧，且上励磁线圈
、
下励磁线圈的激励电源幅值可以不同，达到在励磁线圈之间产生方向变化一致的磁场
。
[0013]所述上励磁线圈
、
下励磁线圈为两块圆饼形励磁线圈，上励磁线圈分布在被测铁磁材料上方，下励磁线圈分布在被测铁磁材料下方
。
[0014]所述漏磁场探头包括上磁敏元件
、
下磁敏元件，上磁敏元件安装在上励磁线圈下方，下磁敏元件安装在下励磁线圈上方，通过磁敏元件输出电压信号幅值反馈调节交流电源输出的电压幅值，从而调节磁化装置产生的磁场幅值
。
[0015]本专利技术一种基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统及方法，技术效果如下：
[0016]1)
本专利技术检测系统具有高灵敏度
、
体积小
、
重量轻的优点，信号调理电路与漏磁场探头易于集成化
、
可批量制作
。
[0017]2)
本专利技术检测方法通过低频交流励磁的方式，不但能够有效的检测出铁磁材料的外部缺陷，对内部缺陷也有较好的检测效果
。
[0018]3)
本专利技术通过正交相关检测的方法，能够有效解决交流漏磁信号分辨困难，漏磁信号与噪声难以分辨的问题
。
[0019]4)
本专利技术具有高灵敏度
、
体积小的优点，可在避免强磁污染的情况下有效的检测出缺陷大小和位置，降低了趋肤效应带来的影响，解决了内部缺陷难以测量的问题
。
附图说明
[0020]图1为本专利技术铁磁材料缺陷检测系统结构示意图
。
[0021]图2为本专利技术铁磁材料缺陷检测系统电路结构示意图
。
具体实施方式
[0022]基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，如图1所示，该系统包括：
[0023]磁化装置1，用于通电后在其内部产生感应磁场，并磁化铁磁材料2，当铁磁材料2上出现缺陷时，感应磁场发生变化产生漏磁场并被漏磁场探头3检测出，根据漏磁场探头3的两个磁敏元件采集到的信号大小以及相位，能够判断缺陷位置和大小；
[0024]漏磁场探头3，将检测到的磁场信号转化为电压信号，通过信号传输线传输至信号调理电路；
[0025]信号调理电路，用于处理漏磁场探头3输出信号，通过正交相关检测得到漏磁信号的幅值与相位
。
[0026]该系统包括交流电源，用于给磁化装置1供电，调节产生电压的幅值
、
频率，以及为正交相关检测提供参考信号
。
[0027]所述交流电源，能够产生两种频率一致但幅值不一定相同的交流电压，以及幅值
和频率相同的正弦信号和余弦信号
。
[0028]所述磁化装置1包括：上励磁线圈
4、
下励磁线圈5，所述上励磁线圈
4、
下励磁线圈5分布在被测铁磁材料2两侧，且上励磁线圈
4、
下励磁线圈5的激励电源幅值可以不同，但相位相差
180
°
，达到在励磁线圈之间产生方向变化一致的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，其特征在于该系统包括：磁化装置
(1)
，用于通电后在其内部产生感应磁场，并磁化铁磁材料
(2)
，当铁磁材料
(2)
上出现缺陷时，感应磁场发生变化产生漏磁场并被漏磁场探头
(3)
检测出，根据漏磁场探头
(3)
采集到的信号大小以及相位，能够判断缺陷位置和大小；漏磁场探头
(3)
，将检测到的磁场信号转化为电压信号传输至信号调理电路；信号调理电路，用于处理漏磁场探头
(3)
输出信号，通过检测得到漏磁信号的幅值与相位
。2.
根据权利要求1所述基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，其特征在于：包括交流电源，用于给磁化装置
(1)
供电，调节产生电压的幅值
、
频率，以及为正交相关检测提供参考信号
。3.
根据权利要求2所述基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，其特征在于：所述磁化装置
(1)
包括：上励磁线圈
(4)、
下励磁线圈
(5)
，所述上励磁线圈
(4)、
下励磁线圈
(5)
分布在被测铁磁材料
(2)
两侧，且上励磁线圈
(4)、
下励磁线圈
(5)
的激励电源幅值可以不同，达到在励磁线圈之间产生方向变化一致的磁场
。4.
根据权利要求3所述基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，其特征在于：所述上励磁线圈
(4)、
下励磁线圈
(5)
为两块圆饼形励磁线圈，上励磁线圈
(4)
分布在被测铁磁材料
(2)
上方，下励磁线圈
(5)
分布在被测铁磁材料
(2)
下方
。5.
根据权利要求3所述基于低频交流励磁的铁磁材料缺陷检测系统，其特征在于：所述漏磁场探头
(3)
包括上磁敏元件
(8)、
下磁敏元件
(10)
，上磁敏元件
(8)
安装在上励磁线圈
(4)
下方，下磁敏元件
(10)
安装在下励磁线圈
(5)
上方，通过磁敏元件输出电压信号幅值反馈调节交流电源输出的电压幅值，从而调节磁化装置
(1)
产生的磁场幅值
。6.
基于权利要求1～5任意一项铁磁材料缺陷检测系统的铁磁材料缺陷检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：已知铁磁材料
(2)
的磁导率
u
，电导率
σ
以及厚度
d
，根据以下公式计算出不会产生过大集肤效应的最大交流信号频率
f
，并根据此频率设置信号发生器
(12)
输出信号频率；步骤2：将铁磁材料
(2)
放入励磁装置
(1)
内，此时交流电源与信号调理电路开始工作，进入校准阶段：步骤3：根据正交相关检测计算得到上磁敏元件
(8)
输出信号为
A11
，第一功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭超，朱成昂，闵薪宇，孙其浩，谭继伟，欧星作，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：