包括用于多向性检验的正交涡流探测器的涡流系统技术方案

公开了一种包括用于多向性检验的正交涡流探测器的涡流系统，该正交涡流探测器具有至少三个线圈，其中，各线圈卷绕在诸如六边形芯等的至少六边的正多边形棱柱的两个相对的边上。在各时间间隔，至少两个线圈用作驱动线圈并且一个线圈用作接收线圈，其中，利用以相一致的方向驱动的电流同时对驱动线圈进行充电以感应出合成涡流，接收线圈用以感测该合成涡流，且该合成涡流与接收线圈正交。在一个接一个的时间间隔内，各线圈按预定切换序列以预定切换频率轮流作为驱动线圈之一或作为接收线圈。所公开的涡流探测器具有利用一遍扫描检验测试表面上任何裂纹方位的裂纹的优点，从而在所有方向上提供了充分的灵敏度和令人满意的噪声消除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无损测试和检验系统(NDT/NDI)，尤其涉及涡流(eddy current, EC)技术和具有多向灵敏能力的涡流探测器。
技术介绍
涡流检验通常用于无损检验目的，以检测用于汽车、航空和能源等的许多行业的诸如棒、管以及其它组件等的由导电材料制成的制成品的表面的裂纹。所使用的涡流探测器可以有多种结构和/或感应感测模式。使用最广泛的EC探测器结构之一是发送-接收结构。这种结构通常包括驱动线圈和接收线圈。对于这种结构，向EC探测器的驱动线圈提供用以产生交流电磁场的交流电激励信号，从而当探测器沿着在测试对象的测试表面上方的路径移动时，在该测试表面上产生磁场。该磁场在由导电材料制成的测试对象的表面及其附近感应出涡流。这些涡流在测试表面及其附近产生电磁信号或响应，由接收线圈接收该电磁信号或响应并且由EC设备/ 系统进行进一步分析。当涡流探测器通过测试对象的例如裂纹或不连续处等的异常的上方时，所述异常将干扰涡流并且产生与从正常对象接收到的信号相比较而言不规则或未知样式的接收信号。信号的偏差被用来表示异常。利用获取和分析单元来检测接收器的读数的变化。通常，发送-接收式涡流探测器呈现“灵敏方向”，这表示这些EC探测器仅能有效检测与作为驱动器-接收器轴的“灵敏方向”大致对准的裂纹。然而，许多测试对象包括复杂的表面，其中一些复杂的表面是由于产生复杂的应力模式的复杂的制造工艺所导致的。 应力区域易于形成方位随机且未必与探测器的灵敏方向对准的裂纹。如果裂纹的方位略微不同于探测器的灵敏方向，则检测该裂纹的灵敏度将比检测与探测器对准的相同裂纹的灵敏度低。例如，0度裂纹检测专用的发送-接收式探测器能够检测+/-20度的裂纹，只是在+/-20度的外边界处的信号幅值极小。结果，与方位略微不同于探测器的灵敏方向的深裂纹相比，可以以较强的信号来检测与探测器的最灵敏方位完全对准的浅裂纹。通常，利用裂纹的估计深度来定义裂纹的重心。如广泛实践的，决定是接受还是拒绝被测试的对象依赖于裂纹的估计深度。如果对裂纹的读数大于可接受极限，则拒绝该对象。然而，如果预料有一个以上的裂纹方向，并且对裂纹的读数勉强满足可接受极限或者在可接受极限内，则用户不得不决定1)既然由于裂纹未对准灵敏方向而使得读数没有示出裂纹的实际深度，因此接受可能应该拒绝的测试对象；或者2、假定真实深度大于测量出的深度，因此拒绝可能应该接受的对象。第三种选项是重复扫描该组件从而以不同的方位检测该裂纹，但重复扫描使得该处理费时又费力。已知具有两个灵敏方向的特殊类型的发送-接收式涡流探测器作为“正交探测器”。该探测器配置有彼此正交地卷绕到非导电性立方体或十字形芯上的两个线圈。这两个线圈中的一个线圈是“驱动器”，其用于在测试表面上感应出涡流，并且另一线圈是“接收4器”，其用于感测测试表面上的感应涡流。该正交探测器的重要方面在于以下事实彼此正交的驱动器和接收器使驱动磁场从接收器解耦，由此降低了接收器对不表示裂纹的表面噪声的灵敏度。美国专利3，495，166通过引用而被包含在此，以作为与这里所述的正交EC探测器有关的
技术介绍
的例子。根据
技术介绍
的重要特征，正交EC探测器包括利用检测部件来感测在两个区域中由EC所产生的场的场感测部件，其中，这两个区域相对于零件表面具有大致相同的空间关系且这两个区域之间的角度大，以及该检测部件用于检测在这两个区域中产生的场之间的差异。应当注意，场感测部件的感测区域与场产生部件的发射磁场区域正交。因此， 在没有缺陷将干扰由场产生部件所施加的EC流的方向的情况下，由该EC流而引起的磁场也将与场感测部件正交，由此感测不到该磁场。利用该配置，针对相对于感测区域的不同方位处的裂纹获得了高度灵敏度，而对于a)电导率(conductivity)的变化、b)磁导率 (permeability)的变化、c)不规则的表面抛光的变化以及d)零件间距的变化不灵敏。该不灵敏源于以下事实属性a、b、c和d主要影响EC流的大小和由此产生的磁场，而不影响方向。因此，可以看出，通过不同的感应模式来使用正交探测器使得可以检验方位为0 度、+/-45度、+/-90度的裂纹，并且令人满意地对诸如电导率、磁导率等的噪声不灵敏。然而，该设计仍不足以对约360度的任何裂纹方位处的裂纹提供扫描灵敏度。不能检测或不能精确检测所有方位处的裂纹，这会妨碍任何涡流系统实现较高的性能并且引发安全问题。重复扫描具有使效率降低且使成本效益下降的缺点。
技术实现思路
这里公开的本专利技术解决了与使用涡流系统来有效检测所有方位处的裂纹这一努力有关的问题，而现有的发送-接收式正交探测器存在前述的诸如不能检验或不能精确检验所有裂纹方位处的裂纹等的缺陷。注意，这里使用的术语“探测器”、“变换器”和“传感器”可互换使用。这里使用的 “发射器”、“驱动器”和“驱动线圈”可互换使用。这里使用的“接收器”和“感测线圈”可互换使用。因此，本专利技术的总体目的是提供一种多向性涡流探测器，该多向性涡流探测器可以通过对测试对象进行一遍扫描来有效地检测多个方向的裂纹。另外，另一目的是提供一种多向性涡流探测器，该多向性涡流探测器能够利用在几乎所有方向上均足够的EC信号幅值来检测任何方位处的裂纹。又一目的是提供一种多向性涡流探测器，该多向性涡流探测器不仅能够检验所有方位处的裂纹，还继承了现有的正交EC探测器的优点，具有令人满意的噪声消除并且对电导率的变化、磁导率的变化、不规则的表面抛光的变化以及零件间距的变化不灵敏。再一目的是提供一种涡流探测器，该涡流探测器不仅能够提供与裂纹大小和深度有关的信息，而且还能够提供与裂纹方位有关的信息。改进的正交涡流探测器包括至少三个线圈；各个线圈卷绕在诸如六边形芯等的至少六个边的正多边形棱柱的两个相对边上。在各时间间隔，这些线圈中的两个线圈用作驱动线圈且这些线圈中的一个线圈用作接收线圈，其中，利用以相一致的方向驱动的电流同时对所述驱动线圈进行充电以感应出合成涡流，并且所述接收线圈用以感测该合成涡流。除了实现两个线圈的合成涡流以外，本专利技术的另一重要方面是该合成涡流与接收线圈正交。在一个接一个的时间间隔内，各线圈按预定切换序列和预定切换频率轮流作为驱动线圈之一或作为接收线圈。本专利技术的多向性涡流探测器的优势很明显，即能够以充分的灵敏度检验测试表面上任意裂纹方位处的裂纹并且在所有方向上的噪声消除令人满意。附图说明图1是根据本专利技术的多向性EC探测器的示意图，其示出绕六边形芯卷绕的多个线圈。图2是示出彼此存在30度相移的两个组合驱动器的最终磁场的形成的示意图。图3是示出针对作为例子的通道1的六边形探测器的功能性的图。图如和4b是示出针对通道2和3的六边形探测器的功能性的图。图5是示出六边形探测器的所有通道的最佳灵敏度轴的图。图6是利用六边形探测器针对不同的裂纹方位所获得的各通道的信号的例示。图7是利用六边形探测器针对不同的裂纹方位所获得的3个通道的合并信号的例7J\ ο图8是六边形探测器针对0 360度所有方位的整体灵敏度响应。图9a和9b示出采用阵列结构的六边形探测器的可选实施例。图10示出具有卷绕在十边形块上的5个线圈的另一可选实施例。图11示出包括根据本专利技术的探测器的涡流系统。具体实施例方式根据本专利技术的优选实施例是如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种涡流系统，其具有至少一个涡流探测器，所述涡流探测器用于检验测试对象的任何裂纹方位的裂纹，其中，所述涡流探测器包括：至少三个线圈，所述线圈分别卷绕在至少六边的多边形棱柱的两个相对的边上，其中，在有限的时间间隔内，所述线圈中的至少两个线圈被配置为涡流驱动线圈，并且所述线圈中的一个线圈被配置为涡流接收线圈，其中，利用以相一致的方向驱动的电流同时对所述涡流驱动线圈进行充电以感应出预定的涡流，所述涡流接收线圈用以感测所述涡流，其中，由至少两个所述驱动线圈感应出的涡流形成合成涡流，其中所述合成涡流的轴与所述接收线圈的轴正交，其中，在一个接一个的时间间隔内，所述线圈中的各线圈按预定切换序列轮流作为所述驱动线圈之一或者作为所述接收线圈。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·勒帕格，
申请(专利权)人：奥林巴斯NDT公司，
类型：发明
国别省市：US