[發明專利]一種超聲波、渦流和EMAT一體化無損測厚儀及其方法

有效

• 申請號: 201310164583.7
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN103486960A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王悅民;吳昕;朱龍翔;陳萍;伍文君
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06;G01B17/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄧寅杰

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種超聲、渦流和EMAT一體化無損測厚儀及其方法。

背景技術

長期使用的帶包覆層的鐵磁性承壓管道、容器等會因腐蝕產生壁厚減薄，當壁厚減薄達到一定程度時，可能會失效從而導致巨大的經濟損失，甚至導致人員傷亡事故發生。因此，對油、水、氣等介質的運輸管道等設備產品的厚度測量至關重要。同時在工業生產和應用中，需要對設備或者產品的厚度進行快捷的、隨機的測量，大型設備或在線系統難以滿足要求，這就需要便攜式測厚儀來完成，以實現高精度、安全可靠的無損測量。

目前的測厚儀均有著各自優缺點和適用范圍，超聲波測厚技術方向性好、穿透能力強、波長短、繞射現象小、能量高、有聚焦與發散作用、應用廣泛、適應性強，但測量時需要耦合劑(水、甘油等)，易造成環境污染，同時要求超聲波傳感器和金屬本體間耦合良好，需要打磨掉金屬腔體外壁的防腐涂，拆除外包覆層，易造成原包覆結構損壞，操作不便，影響了超聲測厚效率，限制了應用領域。實際應用中，適用于金屬、非金屬、復合材料等多種材料的測厚。如中國專利申請號為201020274870.5的實用新型專利《超聲測厚儀》，中國專利申請號為201120306354.05的實用新型專利《超聲波涂層測厚儀》，中國專利申請號為201120225836.3的實用新型專利《一種超聲測厚儀》，中國專利申請號為200920246432.5的實用新型專利《一種超聲波測厚儀》。

渦流測厚技術有著速度快、非接觸、頻譜寬、信息豐富、易于制造、檢測線路簡單等優點，但受趨膚效應影響，不易檢測到試件較深層次的信息，受渦流傳感器激勵線圈的限制，對大面積大壁厚試件厚度檢測尚存在不足。渦流測厚根據覆層材料和基體材料的不同分為復合鍍層厚度測量、非磁性金屬上非導電層厚度測量和磁性金屬上非磁性覆層厚度測量三種。實際應用中，主要用于測量鋁型材、鋁板、鋁管、鋁塑板、鋁工件表面的氧化物或涂層測厚。如中國專利申請號為201120184897.X的實用新型專利《一種新型電渦流傳感器測厚儀》，中國專利申請號為201120184916.9的實用新型專利《一種脈沖電渦流測厚儀》。

EMAT（電磁聲換能器）是一種磁性材料中激勵和檢測超聲波的器件，它利用電磁感應的原理，直接在被檢測體內激發超聲波。該技術不需要耦合劑，也無需與金屬表面緊密接觸，實現了非接觸測量，簡化了操作，檢測靈敏度高，同時EMAT能靈活地改變所激發和接收的波模，能對高溫、高速、涂覆狀態下的材料進行檢測。EMAT主要基于洛倫茲力和磁致伸縮效應兩種機理研制。洛倫茲力機理適用于金屬材料，對于鐵磁性材料而言，磁致伸縮效應機理居于主導地位。所以基于洛倫茲力機理的EMAT一般應用于非鐵磁性材料(鋁、銅等)，鐵磁性材料的檢測主要采用磁致伸縮效應機理的EMAT。目前該技術已在國內進行了階段性研究，如中國專利申請號為92222396.3《便攜式測厚儀》和中國專利申請號為200810226405.1《電磁超聲測厚方法》采用了永磁鐵提供磁場，不便于對鐵磁性材料的厚度進行測量。中國專利申請號為93206367.5《電磁超聲測厚儀》中的EMAT使用了U形軟鐵，換能器尺寸較大，使用不便。

隨著現代技術的飛速發展，對于航空航天、核電、船舶、石油、化工、天然氣、橋梁等重要工業領域構件的檢測要求也越來越高，單一功能的測厚技術已不能滿足社會需要，因此，需要一種多功能的測厚系統，采用多種不同測厚方法同時測厚，使測量結果更具有說服力，避免僅采用一種測厚方法而導致的誤測，同時彌補單一功能檢測的不足。

發明內容

本發明的主要目的是在現有無損檢測的理論基礎上，結合當今的主流測厚技術，提出一種超聲波、渦流和EMAT一體化無損測厚儀及其測厚方法，通過超聲波、渦流和EMAT三者結合，對同一試件厚度進行無損測量時，提供三種測量方法，增加了測量結果的可比性，減低了單一方法測量時的誤判率，同時克服了單一方法測量的局限性，對測量結果偏差較大方法實現主動自校驗（效正）功能，克服了現有技術中存在的不足。