CN107356664A - 一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：由滚轮(1)、检测探头(2)、驱动模块(3)、支撑结构(4)、液晶显示系统(5)、万用表(6)组成；滚轮(1)与支撑结构(2)相连，检测探头(2)位于支撑部件(4)前部并穿过支撑部件(4)，检测探头(2)与驱动模块(3)相连接，驱动模块(3)与蓄电池(5)相连接并放置在支撑部件(4)后部，检测探头(2)通过传输线(20)与液晶显示系统(6)连接。本发明具有操作简单、方便携带、灵敏度高的特点，可以应用测量铁磁性材料的各种缺陷，并通过改变检测探头的数量来有效地控制检测的灵敏度和成本。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，属于电磁检测技术领域。
背景技术
铁磁性材料是生产生活中一种常用的材料，特别大量的应用于制造承压类设备，但承压类设备往往不可避免地会在内外壁形成各类缺陷。现有的对铁磁性金属材料的检测方法如射线检测、超声检测等在现场检测适应性、检测成本、设备便携性等方面都有各自的缺点，比如：需要和被检试件进行很好地表面耦合，以便超声波能够在检测器和被检试件之间传播；一般都是针对特定点的探测，不能进行大面积区域的探测，检测效率低下等。因此发展一种能够快速进行大面积检测并且适合于在线检测的检测方法显得尤为重要。
低频漏磁检测是一种电磁无损检测的方法，不用与被检工件的表面接触，对腐蚀性损伤有较高的探测灵敏度。低频漏磁检测技术是从1950开始，激励频率通常为1KHz-500KHz，受到趋肤效应的影响，漏磁检测的穿透深度被大大限制，因此漏磁检测常用于金属表面和近表面检测。低频漏磁通过降低频率克服趋肤效应的影响，有效提高检测深度30倍以上。
基于上述背景，研发一种能对表面要求不高，最好能有一定提离的快捷、轻便，灵敏度相对较高的无损检测方法是当前研究的重点，有利于更好的防止特种设备的失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置。本发明具有便于携带，结构简单，易于操作，敏感度高，可以应用于测量铁磁性材料的缺陷存在情况。
本发明通过以下技术方案实现：所述的一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：由滚轮(1)、检测探头(2)、驱动模块(3)、支撑结构(4)、蓄电池(5)、液晶显示系统(6)组成；滚轮(1)与支撑结构(2)相连，检测探头(2)位于支撑部件(4)前部并穿过支撑部件(4)，检测探头(2)与驱动模块(3)相连接，驱动模块(3)与蓄电池(5)相连接并放置在支撑部件(4)后部，检测探头(2)通过传输线(20)液晶与显示系统(6)连接；检测探头(2)由第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)、信号处理电路(9)、激励线圈(10)、磁轭(11)和探头外壳(12)组成，检测探头(2)的探头外壳(12)为圆筒形，激励线圈(10)缠绕在磁轭(11)上并一起放置在探头外壳(12)中间，信号处理电路(9)放置在探头外壳(12)底部，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别放在信号处理电路(9)的两侧；信号处理电路(9)由电压转换电路(15)和差分放大电路(16)组成，电压转换电路(15)分别与第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)和差分放大电路(16)连接，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别与差分放大电路(16)连接；驱动模块(3)由方波产生电路(13)和电机驱动电路(14)组成，驱动模块(3)中的方波产生电路(13)产生一个方波信号，经过电机驱动电路(14)连接到激励线圈(10)上，在方波信号的驱动下，激励线圈(10)产生磁场，缺陷会使磁场发生漏磁现象，位于检测探头(2)底部的第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)由于存在距离差，使得第一霍尔效应传感器(7)位于缺陷处，第二霍尔效应传感器(8)位于无缺陷处，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)产生两路信号经由差分放大电路(16)进行信号放大后，通过传输线(20)至液晶显示系统(6)，当信号的电压值超过设定的阈值后液晶显示系统(6)便会自动发出警报。
所述的激励线圈(10)有铜漆包线构成，铜漆包线的线径范围为0.1-1mm，绕线匝数范围为200-1000匝，磁轭(11)为锰锌铁氧体磁棒，电压转换电路(15)由MIC5205芯片组成，差分放大电路(16)由MAX4460芯片组成。
所述的驱动模块(3)由方波产生电路(13)和电机驱动电路(14)组成，方波产生电路(13)由NE555芯片组成，产生方波信号的频率为20Hz，电机驱动电路(14)由L298N芯片组成。
所述的液晶显示系统(6)由数模转换器(17)、中控芯片(18)、液晶显示屏(19)和传输线(20)组成，检测探头(2)通过传输线(20)和数模转换器(17)相连接，数模转换器(17)和中控芯片(18)相连接，中控芯片(18)和液晶显示屏(19)相连接。
本发明的工作原理是：激励线圈在较低频率(一般为1Hz-100Hz)下激发产生一个交变电磁场将被检工件进行磁化。被检工件获得磁性后，如果没有损伤，磁力线均匀分布于工件中且磁场没有泄露，此时漏磁通约为零。当有损伤时，如上述分析，工件缺陷部分磁导率变小，致使磁通量不能均匀分布，而磁场不能全部通过该部分，此时磁场有三条路径，一是从缺陷的凹陷处穿透，二是仍从工件中穿透，剩余的磁场则从工件外通过，泄露出去，成为漏磁场。漏磁场随着损伤外型和大小的改变而改变。所以，通过探测漏磁信号，便可以得到缺陷的典型信息。
本发明的有益效果是：无需永磁激励，减轻了设备重量和操作强度，便于携带。能够识别缺陷是位于被检试件的底部或是顶部，提高了检测精度，并且对被检表面要求低。可以灵活地通过增加检测探头数量来检测不同应用环境下的铁磁性材料，能够有效地控制检测灵敏度和成本，灵活性比较高。
附图说明
图1是一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置整体示意图；
图2是一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置的检测探头示意图；
图3是有缺陷和无缺陷时的电压对比图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见附图1和附图2，一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：由滚轮(1)、检测探头(2)、驱动模块(3)、支撑结构(4)、蓄电池(5)、液晶显示系统(6)组成；滚轮(1)与支撑结构(2)相连，检测探头(2)位于支撑部件(4)前部并穿过支撑部件(4)，检测探头(2)与驱动模块(3)相连接，驱动模块(3)与蓄电池(5)相连接并放置在支撑部件(4)后部，检测探头(2)通过传输线(20)液晶与显示系统(6)连接；检测探头(2)由第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)、信号处理电路(9)、激励线圈(10)、磁轭(11)和探头外壳(12)组成，检测探头(2)的探头外壳(12)为圆筒形，激励线圈(10)缠绕在磁轭(11)上并一起放置在探头外壳(12)中间，信号处理电路(9)放置在探头外壳(12)底部，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别放在信号处理电路(9)的两侧；信号处理电路(9)由电压转换电路(15)和差分放大电路(16)组成，电压转换电路(15)分别与第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)和差分放大电路(16)连接，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别与差分放大电路(16)连接；驱动模块(3)中的方波产生电路(13)由芯片NE555产生一个方波信号，频率为20Hz，经过由芯片L298N组成的电机驱动电路(14)连接到激励线圈(10)上，在方波信号的驱动下，激励线圈(10)产生磁场，缺陷会使磁场发生漏磁现象，位于检测探头(2)底部的第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)由于存在距离差，使得第一霍尔效应传感器(7)位于缺陷处，第二霍尔效应传感器(8)位于无缺陷处，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)产生两路信号经由差分放大电路(16)进行信号放大后，传输至液晶显示系统(6)，当信号的电压值超过设定的阈值后液晶显示系统便会自动发出警报。
图2所示为一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置的检测探头示意图，如图所示，激励线圈(10)缠绕在磁轭(11)上并一起放置在探头外壳(12)中间，信号处理电路(9)放置在探头外壳(12)底部，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别放在信号处理电路(9)的两侧；信号处理电路(9)由电压转换电路(15)和差分放大电路(16)组成，电压转换电路(15)分别与第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)和差分放大电路(16)连接，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别与差分放大电路(16)连接。第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)都选用A1389LLHLT-9-T，激励线圈(10)为线径0.49毫米的铜漆包线，绕线匝数为500匝，磁轭(11)为锰锌铁氧体磁棒，电压转换电路(15)选用的芯片为MIC5205，可以将12V的直流电压变换为5V的直流电压，用于给第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)和差分放大电路(16)供电。差分放大电路(16)的选用芯片为MAX4460，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)传输出来的两路信号通过差分放大电路(16)进行信号放大后，将输出信号传输至数模转换器(17)中，将模拟信号转换为数字信号，并通过中控芯片(18)，将信号显示到液晶显示屏(19)上，当信号值超过设定阈值后，装置会报警，从而提醒操作人员此处有缺陷。数模转换器(17)选用芯片AD7705，中控芯片(18)选择芯片STC89C51，液晶显示屏(19)选用1602的液晶屏。
如图3所示，当无缺陷时，装置的液晶显示屏(19)上显示的电压值为0.04V；当有缺陷时，装置的液晶显示屏(19)上显示的电压值为1.86V。通过对比可以明显看出本发明有明显的测试效果。
Claims (4)
1.一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：由滚珠(1)、检测探头(2)、驱动模块(3)、支撑结构(4)、蓄电池(5)、液晶显示系统(6)组成；滚轮(1)与支撑结构(2)相连，检测探头(2)位于支撑部件(4)前部并穿过支撑部件(4)，检测探头(2)与驱动模块(3)相连接，驱动模块(3)与蓄电池(5)相连接并放置在支撑部件(4)后部，检测探头(2)通过传输线(20)与液晶显示系统(6)连接；检测探头(2)由第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)、信号处理电路(9)、激励线圈(10)、磁轭(11)和探头外壳(12)组成，检测探头(2)的探头外壳(12)为圆筒形，激励线圈(10)缠绕在磁轭(11)上并一起放置在探头外壳(12)中间，信号处理电路(9)放置在探头外壳(12)底部，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别放在信号处理电路(9)的两侧；信号处理电路(9)由电压转换电路(15)和差分放大电路(16)组成，电压转换电路(15)分别与第一霍尔效应传感器(7)、第二霍尔效应传感器(8)和差分放大电路(16)连接，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)分别与差分放大电路(16)连接；驱动模块(3)由方波产生电路(13)和电机驱动电路(14)组成，驱动模块(3)中的方波产生电路(13)产生一个方波信号，经过电机驱动电路(14)连接到激励线圈(10)上，在方波信号的驱动下，激励线圈(10)产生磁场，缺陷会使磁场发生漏磁现象，位于检测探头(2)底部的第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)由于存在距离差，使得第一霍尔效应传感器(7)位于缺陷处，第二霍尔效应传感器(8)位于无缺陷处，第一霍尔效应传感器(7)和第二霍尔效应传感器(8)产生两路信号经由差分放大电路(16)进行信号放大后，通过传输线(20)至液晶显示系统(6)，当信号的电压值超过设定的阈值后液晶显示系统(6)便会自动发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：激励线圈(10)有铜漆包线构成，铜漆包线的线径范围为0.1-1mm，绕线匝数范围为200-1000匝，磁轭(11)为锰锌铁氧体磁棒，电压转换电路(15)由MIC5205芯片组成，差分放大电路(16)由MAX4460芯片组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，其特征在于：驱动模块(3)由方波产生电路(13)和电机驱动电路(14)组成，方波产生电路(13)由NE555芯片组成，产生方波信号的频率为20Hz，电机驱动电路(14)由L298N芯片组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于低频漏磁的铁磁性材料缺陷检测装置，液晶显示系统(6)由数模转换器(17)、中控芯片(18)、液晶显示屏(19)和传输线(20)组成，检测探头(2)通过传输线(20)和数模转换器(17)相连接，数模转换器(17)和中控芯片(18)相连接，中控芯片(18)和液晶显示屏(19)相连接。
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