[發明專利]一種精確檢測金屬板缺陷的裝置和方法

有效

• 申請號: 201710297386.0
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107422029B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 寧舒雅
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

1.一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，包括信號源(1)、橋式激勵模塊(2)、激勵線圈(3)、接收線圈(4)、信號處理模塊(5)以及電源(6)；其中，所述的信號源(1)控制橋式激勵模塊(2)使得激勵線圈(3)中產生多頻交變激勵信號；激勵線圈(3)的多頻激勵信號使得被測金屬板(7)在不同深度形成渦流；接收線圈(4)接收不同深度形成的渦流產生感應電壓；信號處理模塊(5)采集接收線圈(4)的感應電壓信號進行處理鑒別缺陷點，并將信息上傳至上位機(8)；所述的電源(6)分別為信號源(1)、橋式激勵模塊(2)和信號處理模塊(5)供電；

所述的信號源(1)由多枚無源晶振、兩個非門、多路選擇器及計數器構成；第一非門、多路選擇器、計數器、第二非門依次電路連接，且均與電源(6)連接；第一非門連接多枚晶振；依次切換信號源中各晶振，對應的固定頻率脈沖控制信號控制橋式激勵模塊使激勵線圈中產生多頻交變激勵信號；

所述的橋式激勵模塊(2)由兩個場效應管驅動器及四個功率場效應管構成，兩個場效應管驅動器及四個功率場效應管對應電路連接，且均與電源(6)連接；其中四個功率場效應管組成橋式電路，激勵線圈(3)與橋式電路連接；第二非門分別與兩個場效應管驅動器連接；

所述的信號處理模塊(5)由數字信號處理器及串行通信處理器構成；串行通信處理器連接數字信號處理器，且均與電源(6)連接；數字信號處理器還與多路選擇器及接收線圈(4)連接；

接收線圈中的各子線圈的感應電壓信號被信號處理模塊中的數字信號處理器進行采集、頻域轉換后，將得到的基頻分量、三次、五次、七次諧波分量分別與無缺陷處的各頻率分量進行數值對比，進而鑒別出缺陷點。

2.根據權利要求1所述的一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(3)與接收線圈(4)均設置在同一個多層印刷電路板(9)上，且分別位于多層印刷電路板(9)兩側的一層或多層電路板上；所述接收線圈(4)由多個子接收線圈陣列排布組成，其中一個子接收線圈的圓心正投影落在激勵線圈(3)的圓心上。

3.根據權利要求2所述的一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(3)與接收線圈(4)均以螺旋線狀繞制。

4.根據權利要求3所述的一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，多層的激勵線圈(3)之間串聯連接，多層的對應子接收線圈之間串聯連接，多個子接收線圈分別與信號處理模塊(5)連接。

5.根據權利要求1所述的一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(3)與接收線圈(4)設置在距離被測金屬板(7)的0-1cm處。

6.根據權利要求1所述的一種精確檢測金屬板缺陷的裝置，其特征在于，所述的信號處理模塊(5)中的串行通信處理器與上位機(8)連接，用于呈現出被測金屬板(7)的缺陷位置、形狀信息。

7.一種基于權利要求1至6中任意一項所述的精確檢測金屬板缺陷的裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：打開電源(6)，為信號源(1)、橋式激勵模塊(2)和信號處理模塊(5)供電；

步驟2：信號源(1)中的多路選擇器首先選擇第一晶振產生的固定頻率的脈沖控制信號，該信號經計數器分頻及非門反相后輸送至橋式激勵模塊(2)中的兩個場效應管驅動器，進而控制四個功率場效應管，使兩組對角線橋臂的功率場效應管周期性交替導通；

步驟3：橋式激勵模塊(2)中兩組對角線橋臂的功率場效應管的交替導通，使流過激勵線圈(3)中的電流以兩個相反方向周期性不斷交替變化，從而使激勵線圈(3)中形成基于第一晶振的固定頻率為基頻的多頻交變激勵信號；

步驟4：將激勵線圈(3)和接收線圈(4)接近被測金屬板(7)，激勵線圈(3)中的多頻激勵信號在被測金屬板(7)的不同深度形成渦流；

步驟5：被測金屬板(7)內不同深度引起的渦流使接收線圈(4)中的各子線圈中產生感應電流，進而在各子線圈上產生感應電壓；

步驟6：信號處理模塊(5)中的數字信號處理器依次采集接收線圈(4)中的各子線圈的感應電壓信號；

步驟7：信號處理模塊(5)中的數字信號處理器將采集到的接收線圈(4)中各子線圈的輸出信號進行頻域轉換，得到基于第一晶振固定頻率的基頻及各個諧波分量；

步驟8：信號處理模塊(5)中的數字信號處理器將所得到的基于第一晶振固定頻率下的基頻及各個諧波分量分別與無缺陷處的各頻率分量進行減法運算，并將數值對比結果中大于設定值的測量點標記為缺陷點，忽略小于設定值的測量點；

步驟9：信號處理模塊(5)中的串行通信處理器將缺陷點的位置信息上傳至上位機(8)；

步驟10：當完成信號源(1)中基于第一晶振固定頻率下的缺陷信息檢測并上傳至上位機(8)后，切換信號源(1)內的多路選擇器，選擇下一個晶振產生的固定頻率的脈沖控制信號，按照步驟2-9的方法將基于另一種固定頻率下檢測的金屬板在該位置的缺陷信息上傳至上位機(8)；依次類推，直到選擇最后一個晶振，得到基于最后一種固定頻率下檢測的金屬板在該位置的缺陷信息并上傳至上位機(8)；

步驟11：移動設置有激勵線圈(3)與接收線圈(4)的多層印刷電路板(9)，測量下一處金屬板的缺陷信息；

步驟12：當多層印刷電路板(9)遍歷被測金屬板(7)后，上位機(8)將所檢測到的缺陷點位置信息進行處理，最終以三維形式呈現出被測金屬板(7)的缺陷，得到被測金屬板(7)內缺陷的位置、形狀信息。