[發明專利]一種雙頻陣列渦流探頭及深裂紋混頻檢測信號提取技術

有效

• 申請號: 201811648506.8
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109406624B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 武美先;張東利
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: G01N27/904
• 分類號: G01N27/904
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李艷萍;丁建寶

本發明屬于電磁無損檢測技術領域，涉及雙頻陣列渦流探頭及深裂紋混頻檢測信號提取技術。本發明探頭包括激勵元件、檢測元件和矩形安裝槽(8)；所述矩形安裝槽(8)上設置有安裝槽頂蓋(9)；所述激勵元件包括大激勵線圈(1)、小激勵線圈(2)和內固定骨架(3)；所述小激勵線圈(2)繞在內固定骨架(3)上，大激勵線圈(1)繞在小激勵線圈(2)上；所述檢測元件包括檢測線圈(4)、屏蔽罩外筒(5)、屏蔽罩頂蓋(6)和繞線柱(7)；所述繞線柱(7)安裝在矩形安裝槽(8)槽底上，所述檢測線圈(4)套在繞線柱(7)上，并位于磁場屏蔽罩外筒(5)和屏蔽罩頂蓋(6)構成的屏蔽外殼內。本發明探頭探測深度大，檢測效率高。

技術領域

本發明屬于電磁無損檢測技術領域，涉及適用于石油化工、航天航空及其他重要工業領域缺陷檢測的渦流傳感器，尤其涉及一種雙頻陣列渦流探頭及深裂紋混頻檢測信號提取技術。

背景技術

渦流檢測是常規無損檢測技術之一，廣泛應用于用于石油化工、電力冶金等行業，以及航空航天、核電設備等重要領域，對于保障設備運行安全、評定設備壽命、降低設備維護成本等具有重要意義。渦流檢測方法是以電磁感應原理為基礎，使用激勵線圈在試件中產生旋渦狀的感應交變電流，通過線圈的電壓信號變化來判斷缺陷的位置和大小，是一種對材料表面和近表面缺陷進行定量無損評價的有效方法。當材料中的渦流密度達到材料表面渦流密度的37%時的材料深度為渦流的標準滲透深度。在此深度內的渦流信號可以檢測到，大于此深度的渦流信號就檢測不到了。制約渦流滲透深度的因素有激勵頻率、激勵電流大小以及材料的電磁特性等。相對于其它無損檢測方法，渦流檢測方法具有非接觸、檢測速度快的特點和淺裂紋定量方面的優勢，可以在探頭不接觸試件的情況下，對試件進行快速檢測。但常規渦流檢測方法使用單個線圈進行掃查，檢測精度和有效性難以保證，檢測速度慢，在大面積板材掃查以及深層缺陷檢測方面存在很大不足。

常規的陣列渦流檢測技術采用多個獨立工作的線圈，按照特殊方式排列，克服了常規渦流傳感器檢測速度慢的缺點，具有較高的檢測靈敏度和檢測速度。近年來，國內外專家學者開發了多種先進的陣列渦流探頭，已成功應用于很多工業無損檢測領域。但陣列渦流傳感器的線圈單元眾多，在提高檢測效率、精度的同時，也存在線圈單元之間互感干擾和信號激勵、采集電路設計繁瑣沖突等問題。對于線圈之間的互感干擾導致檢測靈敏度降低的問題，常用多路復用電路技術、增大線圈中心距、數據差分處理等方法進行改善，但并不能從根本上加以解決。

國內有學者采用矩形線圈作為陣列渦流探頭的激勵源，通過使激勵線圈和檢測線圈軸線垂直，來降低激勵線圈對檢測線圈的干擾。矩形載流線圈激勵時，不存在自抵消現象，所得到的渦流的穿透深度更深，對深層缺陷的檢測能力更強。但其所產生的渦流仍存在集膚效應問題，渦流滲透深度的大小仍然受制于激勵頻率的高低，對較深裂紋仍然無法獲得理想檢測結果。雖然陣列渦流探頭可在一定頻率范圍內通過采用低頻激勵來增大渦流滲透深度，提高探頭檢測深層缺陷的能力，但低頻同時會導致探頭分辨率低、信噪比低，并引發探頭的速度效應和檢測信號分辨困難等問題。

中國專利CN208076453U公開了一種檢測厚壁深裂紋缺陷的雙頻激勵圓形渦流探頭，使用圓形激勵線圈，雖無方向性，但對圓形檢測線圈的磁場有影響，檢測信號中噪聲稍大，且線圈尺寸大，檢測深度不如使用矩形線圈激勵線圈的深。

綜上，現有技術存在的主要問題有：(1)現有常規渦流探頭所產生的渦流滲透深度過小，對深裂紋的檢測能力有限；(2)檢測信號易受激勵磁場影響，導致檢測分辨率降低；(3)對缺陷及裂紋存在漏檢問題；(4)檢測信號分辨困難的問題；(5)檢測速度慢。

因此，研究適用于石油化工、航天航空及其他重要工業領域缺陷檢測的渦流傳感器，以有效識別大面積厚壁板材、金屬焊縫、飛行器整體結構中存在的深裂紋及深層缺陷，在設備維修、工業產品實時檢測和結構強度判斷等方面具有重要意義和前景。

發明內容