基于漏磁场双分量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器

摘要

本发明涉及无损检测领域，具体涉及对铁磁构件的表面裂纹、气孔、夹渣、应力集中等缺陷的无损探测设备；本发明提供了一种可对构件表面进行面扫描的基于漏磁场双分量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器，包括差分阵列式漏磁探头，由法向分量检测霍尔传感器组和切向分量检测霍尔传感器组组成，分别用于检测漏磁场的法向分量电压信号和切向分量电压信号；信号调理电路，用以对差分阵列式漏磁探头检测到的电压信号进行调理；数据采集与处理单元，通过对信号调理电路输出的电压信号进行分析，判断铁磁构件表面是否存在缺陷。本发明一次性检测面积大、检测速度快、检测准确、漏检率低，并能提供对构件表面的裂纹等缺陷进行定量分析所需的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及对铁磁构件的表面裂纹、气孔、夹渣、 应力集中等缺陷的无损探测设备。

背景技术

现有公开的铁磁构件表面裂纹探测器结构和方法各有差异，如常用的超声 法、射线法、电磁法等。超声法技术比较成熟，但是其对工件表面的清洁度要 求高，实施起来也比较繁琐；射线法对检测渐变性缺陷效果较差且射线污染严 重；电磁法又有磁粉法、电涡流法、漏磁法等，但是磁粉法和电涡流法只适合 材料表面或近表面探测，自动化程度低，工艺复杂，离不开人工观察，对技术 人员要求很高，难以实现定量的检测。漏磁法对材料内部、表面缺陷都可检测， 对铁磁材料的缺陷极为敏感，检测中无需对构件进行清洗、打磨，也不需加耦 合剂，在有铁锈、油污等污染条件下也可检测。而现有的几款基于漏磁法的裂 纹探测器大多是单测头，最多只有三个测头，价格昂贵且只能对构件表面进行 线扫描，一次性检测面积小、速度慢、检测不准确、容易产生漏检，更不能提 供对构件表面的裂纹等缺陷进行定量分析所需的数据支撑，严重妨碍了漏磁法 在无损检测领域的运用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可对构件表面进行面扫描的基于漏磁场双分 量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于漏磁场双分量的阵列型 铁磁构件表面缺陷探测器，包括

差分阵列式漏磁探头，包括由法向分量检测霍尔传感器组和切向分量检测 霍尔传感器组，法向分量检测霍尔传感器组和切向分量检测霍尔传感器组分别 用于检测漏磁场的法向分量电压信号和切向分量电压信号；

信号调理电路，用以对差分阵列式漏磁探头检测到的电压信号进行调理后 输出到数据采集与处理单元；

数据采集与处理单元，通过对信号调理电路输出的电压信号进行分析，判 断铁磁构件表面是否存在缺陷。

进一步，所述差分阵列式漏磁探头还包括电路板，电路板上交错设置多列 法向分量检测霍尔传感器组和切向分量检测霍尔传感器组。

进一步，每一个法向分量检测霍尔传感器组包括两个对称的分别安装在电 路板上、下表面的霍尔传感器。

进一步，每一个切向分量检测霍尔传感器组包括两个对称并列设置于电路 板上表面的霍尔传感器。

进一步，所述基于漏磁场双分量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器还包括 位移检测单元，所述位移检测单元用以检测差分阵列式漏磁探头的位移信号， 经信号调理电路处理后，输入数据采集与处理单元，数据采集与处理单元将调 理后的位移信号与电压信号进行关联，以判断各组电压信号的采集位置。

进一步，所述信号调理电路包括

滤波器，用以滤除电压信号中的高频噪声；

差分运算放大器，用以对法向分量检测霍尔传感器组和切向分量检测霍尔 传感器组输出的两路电压信号做减运算，获得差模信号，并对差模信号进行放 大后输出到数据采集与处理单元。

进一步，在差分阵列式漏磁探头的电路板两端分别对称的设置有大小及磁 性相同、极性朝向相反的永磁体。

进一步，还包括报警单元，根据数据采集与处理单元的判断结果，当铁磁 构件表面存在缺陷时进行报警。

本发明的有益效果是：能够对构件表面进行面扫描，一次性检测面积大、 检测速度快、检测准确、漏检率低，并能提供对构件表面的裂纹等缺陷进行定 量分析所需的数据。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行 阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将 是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他 优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

图1示出了基于漏磁场双分量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器的结构示 意图；

图2示出了差分阵列式漏磁探头中电路板的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参见图1，基于漏磁场双分量的阵列型铁磁构件表面缺陷探测器，包括差分 阵列式漏磁探头、信号调理电路、位移传感器、数据采集与处理单元和报警单 元。

参见图2，所述差分阵列式漏磁探头，包括电路板1、法向分量检测霍尔传 感器组2和切向分量检测霍尔传感器组3，每一个法向分量检测霍尔传感器组2 包括两个对称的分别安装在电路板上、下表面的霍尔传感器4(电路板下表面的 霍尔传感器未示出)，每一个切向分量检测霍尔传感器组3包括两个对称并列设 置于电路板上表面的霍尔传感器5、6，多个法相分量检测霍尔传感器组和切向 分量检测霍尔传感器组分别排列成行，每行法相分量检测霍尔传感器组和切向 分量检测霍尔传感器组间隔交错排列；在阵列空隙处对霍尔传感器进行布线和 焊接，使所有霍尔传感器通过电路板共用接地端和电流输入端。将电路板同一 侧表面的同种霍尔传感器错位排列是因为这种二维阵列可以在各横行和斜行上 均可密集、规则排列霍尔传感器，因此可以在检测方向上弥补由于器件的敏感 区有限以及安装间隙造成的检测空隙，避免缺陷的漏检。法向分量检测霍尔传 感器组2与切向分量检测霍尔传感器组3相邻排列共同获取漏磁场的两个分量 特征，确保检测的准确性。本发明所选用的法向分量检测霍尔传感器尺寸是3mm ×3mm×1mm，切向分量检测霍尔传感器尺寸是3mm×3mm×1.5mm。目前所 述阵列每行上的霍尔传感器已可以做到20个，经测算，2行法向分量检测传感 器与2行切向分量检测传感器共同组成阵列，已经基本能够做到对探测器探头 覆盖下的待检测铁磁材料表面的完整且可靠的扫描。

法相分量检测霍尔传感器组和切向分量检测霍尔传感器组分别用于检测漏 磁场的法向分量电压信号和切向分量电压信号输出到信号调理电路；所述信号 调理电路，用以对差分阵列式漏磁探头检测到的电压信号进行调理后输出到数 据采集与处理单元；所述信号调理电路包括滤波器和差分运算放大器；所述滤 波器，用以滤除电压信号中的高频噪声，抑制共模干扰信号，所述差分运算放 大器，用以对两路电压信号做减运算，获得差模信号，所述差模信号与电压信 号对应，并对差模信号进行放大后输出到数据采集与处理单元。

数据采集与处理单元，通过对信号调理电路输出的电压信号进行分析，判 断铁磁构件表面是否存在裂纹。在差分阵列式漏磁探头扫描检测到工件表面裂 纹时，由于地磁场在裂纹处磁导率的变化，向外形成地磁漏磁场，其垂直于检 测平面的磁场分量会进入到法向分量检测霍尔传感器组，其平行于检测平面的 磁场分量会进入到切向分量检测霍尔传感器组，由于法向分量检测霍尔传感器 组和切向分量检测霍尔传感器组在各自的检测方向上按照组内反相配置，既使 得同一漏磁分量进入同组传感器的方向相反，最终使得同组传感器的输出电压 变化相反，即输出的电压总是一个正向增大，另一个反向增大。从理论上讲二 者变化的绝对值相差不大，将信号经过霍尔传感器的电压信号送到信号调理电 路的差分运算放大器(如INA129)内，一方面可以消除大多数的共模信号，另 一方面检测的漏磁电压信号会因为差分效应而加倍，增加了测量的敏感度，减 小了误差。这种差分电压信号可以减小或抑制由温度效应、周围环境干扰磁场 等引起的干扰信号。若构件表面存在漏磁场，差动输出方式较单端输出具有更 明显的漏磁电压信号法向分量峰-峰值和更大的漏磁电压信号切向分量单峰高 度。若出现漏磁电压法向分量过零点，切向分量具有单峰值的分布特性，则可 判定裂纹存在无疑。

所述位移检测单元用以检测差分阵列式漏磁探头的位移信号并输入信号调 理电路，经调理后输出到数据采集与处理单元，数据采集与处理单元将调理后 的位移信号与信号调理电路输出的电压信号进行关联，以判断各组电压信号的 采集位置。

本发明可以利用地磁场的传递产生的漏磁场效应。但由于地磁场较弱，为 了增加测量精度和探头提离待检构件表面的高度，可在差分阵列式漏磁探头的 电路板两端分别对称的设置大小及磁性相同、极性朝向相反的永磁体。当检测 平面有裂纹时，所述差分阵列式漏磁探头可以更容易的检测到漏磁场。永磁体 可以采用橡胶磁条。对于磁场强度较弱的地磁场，采用高灵敏度的霍尔磁传感 器即可解决，这种探测器不会受到励磁不均匀的影响。

还可包括报警单元，根据数据采集与处理单元的判断结果，当铁磁构件表 面存在缺陷时进行报警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案 的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。