应用于涡流探伤的定位方法、装置及涡流探伤仪

摘要

本发明属于金属表面缺陷检测设备领域，公开了一种调整涡流探伤仪的探头与检测构件之间的距离的方法。本方法包括以下步骤：如果检测到表征检测线圈的感应电流或者感应电压的检测信号的灵敏度产生了变化；将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头的检测线圈与检测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。该方法通过测定涡流探伤仪的灵敏度来自动调整探头和检测构件之间的距离最终实现探头自动调整探测距离，确保涡流探伤连续准确的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面缺陷检测领域，更具体地说，是一种应用于涡流探伤的定位方 法、装置以及相应的涡流探伤仪。

背景技术

术语“涡流探伤”和“涡流检测”具有本领域公知的含义，一般是指一种利用电磁感应 原理检测导电构件表面和近表面缺陷的探伤方法。术语“幅值”是指交变信号的最大绝对值 值。在导电构件，尤其是焊管的加工制作过程中，在其表面和近表面，尤其是焊管的焊接处 可能会存在着缺陷、裂纹或者其他异常，或者在其使用寿命期间也会发生这种缺陷、裂纹或 其他异常。因此，在制作过程或者例行检查过程中通常需要对导电构件的表面进行检测，以 便发现其中存在的可能会限制部件的使用的任何异常。

涡流探伤作为一种非破坏性检查技术在金属表面探测领域得到了广泛的应用。涡流探伤 是运用电磁感应原理，将载有交流电的激励线圈接近金属表面。由于激励线圈的周围的存在 交变的电磁场，该交变的电磁场能够在金属表面产生感应电流（又称涡流）。同时，该感应电 流也产生了一个与上述电磁场的方向相反的频率相同的反电磁场。该反电磁场又反射到激励 线圈上，导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位。因此，探 头固定（或移动），当被探测金属移动（或固定），遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡 流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗（Q值）变化，通过涡流检测仪器测量出这种变 化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化。涡流检测实质上就是检测线圈阻抗发 生变化并加以处理，从而对试件的物理性能作出评价。

利用上述原理对金属表面缺陷进行检测是已知的。例如，中国专利200880107879.2提供 一种涡流探伤装置,其电路结构简单,可提高缺陷检测信号的空间分辨率和缺陷复探时的信号 再现性,并可削弱干扰信号。涡流探伤装置具有磁性元件组和用于使每列中的磁性元件组以时 分方式操作的各转换电路,其中,在可被缓慢插入导管(未图示)中的圆柱形筐体的圆周面上呈 环状设置至少两列磁性元件,各列磁性元件包括按相等间隔配置的预定数量的磁性元件,其中 一列磁性元件(11～18)的配置位置在列的方向上与另一列磁性元件(21～28)的配置位置错开 1/2上述间隔。其中一列磁性元件(11～18)作为磁场激励元件按照时分方式操作来激励磁场, 另一列磁性元件(21～28)作为磁场检测元件按照时分方式操作来进行磁场检测。磁场检测元 件(21～28)中的两个磁场检测元件分别对各磁场激励元件(11～18)所激励的各磁场进行检测 从而对导管实施涡流探伤。每两个磁场检测元件的配置位置与各激励元件(11～18)的配置位置 在列的方向上错开3/2上述间隔。

此外，中国专利200910261679.9提供涡流探伤方法和涡流探伤装置。该涡流探伤方法具 有将检测线圈配置在励磁线圈内的能旋转的涡流探伤探头,用于缩小由检测线圈的旋转位置 的变化所引起的检测灵敏度的变化(检测灵敏度偏差)。其中,涡流探伤探头包括安装在圆盘(DS) 上的励磁线圈(EC1)、检测线圈(DC1)以及励磁线圈(EC2)、检测线圈(DC2)。当在圆筒状的被 检查体(T)的周面上设置涡流探伤探头、并使圆盘(DS)旋转时,由于检测线圈(DC1、DC2)与检 查面之间的距离(离开量)发生变化,因此伤痕信号的检查灵敏度也发生变化。为了缩小检测灵 敏度的变化,对检测线圈(DC1、DC2)的旋转位置(旋转角度)进行检测而调整检测灵敏度。上述 文献其全部内容通过引用并入本文。

典型的涡流探头中的探测线圈是比较小的，例如直径约为0.5毫米，以保证能够检测到 材料中非常小的裂纹或者缺陷的高灵敏度。相应地，这种小线圈对于检测装置的工作环境是 非常灵敏的。例如，探头必须与检测构面的表面保持一定的距离，否则将导致读数的错误。

为了提高涡流探伤检查的性能，必须将探头的探测线圈与检测构件的表面大致正交或者 垂直。而且，一旦探头与检测构件的表面之间的距离发生了变化，就需要及时进行调整。虽 然也可以手动对探头调整其与检测构件的表面之间的距离，然而，由于探头的灵敏度非常高 使得手动将探头在一个微小的范围内（例如，1毫米内）进行移动是一件十分困难的事情。 而且，对于外形变化较为频繁的检测构件就不得不频繁调整探头与检测构件的表面之间的距 离。上述操作对于操作人员是一件极为难以忍受的作业，而且其需要耗费的大量时间的状况 也是生产商们不可接受的。

因此，极有需要提供一种能够自动调整探头与检测构件之间的距离的方法及其物件，以 解决现有的涡流探伤技术中存在的一种或者多种缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种应用于涡流探伤的定位方法。研究人 员惊喜地发现，通过测定涡流探伤仪的灵敏度来自动调整探头和检测构件之间的距离具有成 本低、效果显著的方法。本发明正是基于上述发现而得以完成。

为此，本发明第一方面提供了一种应用于涡流探伤的定位方法，其特征在于，包括以下 步骤：

如果检测到表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度产生了变化；

将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头的检测线圈与检 测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

此外，本发明第二方面提供了一种应用于涡流探伤的定位装置，其特征在于，包括：

灵敏度检测模块，检测表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度；

判断调整模块，将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头 的检测线圈与检测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

另外，本发明第三方面提供了一种涡流探伤仪，包括探伤仪主体，所述探伤仪主体包括 具有检测线圈的探头，其特征在于，还包括控制器和信号处理模块，以及用于调整沿垂直于 所述探测平面方向上所述探头与探测平面之间的距离的定位模块，所述定位模块与所述探头 连接，所述控制器分别与所述信号处理模块和所述定位模块连接。

下面对本发明作进一步的描述。

本发明所引述的所有文献，他们的全部内容通过引用并入本文，并且，如果这些文献所 表述的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语 具有本领域技术人员公知的一般含义，即便如此，本发明仍然希望在此对这些术语和短语作 更详尽的说明和解释，提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义 为准。

具体的，根据本发明第一方面提供了一种应用于涡流探伤的定位方法，包括以下步骤：

如果检测到表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度产生了变化；

将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头的检测线圈与检 测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

对信号的处理和转换是该领域技术人员惯用的一种技术手段，本领域技术人员可以选择 各种类型的方法对检测信号进行处理、优化，本发明对此不作限制。然而，优选的，所述检 测线圈的检测信号依次顺序地经检波处理、滤波处理、转换成电压信号处理、补偿放大处理、 转换为数字信号处理再将其幅值与设定值进行比较的。而且，经过所述补偿放大处理后的检 测信号在0-5伏的范围内变化；经所述转换为数字信号处理后，所述检测信号为一16位的数 字信号。

此外，根据本发明第一方面的应用于涡流探伤的定位方法，所述设定值通过以下步骤确 定：

提供与所述检测构件具有大体相同的电磁特性的第一标样构件和第二标样构件，所述第 一标样构件经耐压试验合格，所述第二标样构件经耐压试验不合格；

对所述第一标样构件的表面进行检测，得到检测信号并记录其幅值为第一幅值；对所述 第二标样构件的表面进行检测，得到检测信号并记录其幅值为第二幅值；

根据所述第一幅值和第二幅值采集数据调节所述设定值，直到第一表样构件或第二表样 构件上的焊缝裂纹或暗裂处的缺陷均能报警。

根据本发明第一方面的应用于涡流探伤的定位方法，所述电磁特性为尺寸、化学成分、 表面状态以及热处理状态。所述探头处于沿垂直于所述构件的表面方向距离所述检测构件的 表面2-5mm的位置对构件进行检测。

此外，本发明第二方面提供了一种应用于涡流探伤的定位装置，包括：

灵敏度检测模块，检测表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度；

判断调整模块，将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头 的检测线圈与检测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

另外，本发明第三方面提供了一种涡流探伤仪，包括探伤仪主体，所述探伤仪主体包括 具有检测线圈的探头，还包括控制器和信号处理模块，以及用于调整沿垂直于所述探测平面 方向上所述探头与探测平面之间的距离的定位模块，所述定位模块与所述探头连接，所述控 制器分别与所述信号处理模块和所述定位模块连接。

根据本发明第三方面的涡流探伤仪，所述信号处理模块依次顺序地包括检波电路、滤波 电路、电压转换电路、补偿放大电路以及模数转换电路，所述滤波电路与所述检测线圈连接， 所述模数转换电路的输出端与所述控制器连接。

所述定位模块包括一驱动模块和汽缸，所述驱动模块分别与所述控制器和汽缸连接，驱 动所述汽缸带动所述探头调整所述探头与检测构件的表面之间的距离。

本发明还取得了如下有益效果：本发明创新性地通过测定涡流探伤仪的灵敏度来自动调 整探头和检测构件之间的距离，从而可以自动调整探头自动调整探测距离，确保涡流探伤连 续、准确的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明第一方面所述定位方法的实施例的流程图；

图2是设定值的确定方法；

图3是本发明第二方面所述定位装置的实施例的结构示意图；

图4是本发明第三方面所述探伤仪的实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体例子进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些例子仅仅是用于更详细 具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

实施例1

如图1所示，本发明所述的一种应用于涡流探伤的定位方法，包括以下步骤：

步骤S101：如果检测到表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度产生了变化；

步骤S201：将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述探头的检 测线圈与检测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

众所周知，当检测线圈与检测构件之间的距离发生变化时，检测线圈感应到的涡电流交 变磁场迅速减小（对应距离增加）或者增大（对应距离增加）。此时，检测线圈内原先稳定的 感应电流也迅速减小或增大，导致检测线圈的灵敏度也发生了变化。

本实施例中，所述检测线圈的检测信号依次顺序地经检波处理、滤波处理、转换成电压 信号处理、补偿放大处理、转换为数字信号处理再将其幅值与设定值进行比较的。经过所述 补偿放大处理后的检测信号在0-5伏的范围内变化；经所述转换为数字信号处理后，所述检 测信号为一16位的数字信号。

此外，如图2所示，上述设定值可以通过以下步骤确定：

步骤S201：提供与所述检测构件具有大体相同的电磁特性的第一标样构件和第二标样构 件，所述第一标样构件经耐压试验合格，所述第二标样构件经耐压试验不合格；

步骤S202：对所述第一标样构件的表面进行检测，得到检测信号并记录其幅值为第一幅 值；对所述第二标样构件的表面进行检测，得到检测信号并记录其幅值为第二幅值；

步骤S203：根据所述第一幅值和第二幅值采集数据调节所述设定值，直到第一表样构件 或第二表样构件上的焊缝裂纹或暗裂处的缺陷均能报警。

其中，上述的电磁特性为尺寸、化学成分、表面状态以及热处理状态。并且，探头处于 沿垂直于所述构件的表面方向距离所述检测构件的表面2-5mm的位置对构件进行检测。

实施例2

图3所示为与实施例1中所述方法对应的一种应用于涡流探伤的定位装置，包括：

灵敏度检测模块301，检测表征检测线圈的感应电流的检测信号的灵敏度；

判断调整模块302，将所述检测线圈的检测信号的幅值与一设定值进行比较并调整所述 探头的检测线圈与检测构件之间的距离直至所述检测信号的幅值与所述设定值相等。

实施例3

图4所示为一种涡流探伤仪，包括探伤仪主体，所述探伤仪主体包括具有检测线圈411 的探头41，还包括控制器43和信号处理模块42，以及用于调整沿垂直于所述探测平面方向 上所述探头41与探测构件46的表面的之间的距离L的定位模块，所述定位模块与所述探头 41连接，所述控制器43分别与所述信号处理模块42和所述定位模块连接。

所述信号处理模块42依次顺序地包括检波电路、滤波电路、电压转换电路、补偿放大电 路以及模数转换电路，所述滤波电路与所述检测线圈连接，所述模数转换电路的输出端与所 述控制器连接。因此，检测线圈中的检测信号依次经过检波、滤波、电压转换、补偿放大、 以及数模转换成数字信号后，进入控制器43中进行分析。

所述定位模块包括一驱动模块44和根据所述控制器43的控制指令动作的汽缸45，所述 驱动模块44分别与所述控制器43和汽缸45连接，控制所述汽缸45带动所述探头41调整所 述探头41与检测构件46的表面之间的距离L。

上述的检测信号经信号处理模块处理42处理后，控制器43将收到的数字信号与原来的 代表探头灵敏度对应的最佳电流值的设定值进行比较判断：

若该信号值小于该设定值，则表示检测线圈411与检测构件46之间的距离L太大。控制 器43将根据二者之间的差值进行计算，输出一个输出信号。该输出信号通过驱动模块44控 制汽缸45带动探头41下降直到检测信号值与设定值相等；

若信号值大于该设定值，则表示检测线圈411与检测构件46之间的距离太小。控制器 43将根据二者之间的差值计算，输出一个输出信号。该输出信号通过驱动模块44控制汽缸 45带动探头41下降直到检测信号值与设定值相等。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式， 在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各 种变化。