一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测方法，该探头由铁芯束、激励线圈和检测线圈组成，铁芯束设置在激励线圈的中心部位，激励线圈的外部是检测线圈。利用该带铁芯线圈探头对构件实施脉冲涡流检测时，能产生空间聚集的脉冲强磁场，增大激励磁场，提高信号的信噪比，利于在较大提离条件下对较大壁厚构件实施脉冲涡流检测。应用基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统进行检测时，用探头时间常量τs来衡量铁芯内脉冲涡流场对检测信号的影响。当τs远小于构件扩散时间常量τe时，铁芯内脉冲涡流场对检测信号的影响可忽略不计，则带铁芯线圈探头的作用可近似成对检测信号的线性放大，简化了信号处理的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测方法
本专利技术涉及电磁无损检测领域，特别是涉及一种能产生脉冲强磁场的脉冲涡流电磁无损检测探头、以及基于所述带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测方法。
技术介绍
在石油、化工、电力、冶金等工业领域，大量使用金属管道和压力容器来输送和存储液体或气体介质。所输送的介质大多具有高温、高压、腐蚀性强等特点，因此管道和压力容器的腐蚀十分普遍。腐蚀将导致构件的壁厚减薄，承压性能下降，造成泄漏、爆炸等事故，带来人员伤亡和经济损失。因此需要定期对金属管道和压力容器的腐蚀情况实施在役无损检测和评估。相比其他常规无损检测方法，脉冲涡流法是一种可以在包覆层外在役检测金属管道和压力容器壁厚的电磁无损检测方法。以脉冲电流激励代替正弦电流激励，在被检构件外激发出脉冲磁场，使构件内感应出脉冲涡流，然后通过检测脉冲涡流电磁场的衰减过程，来评估构件壁厚的腐蚀程度。《无损检测》杂志在2010年第32卷第2期发表了《钢腐蚀脉冲涡流检测系统的研制与应用》一文，作者武新军等。该文介绍了钢腐蚀脉冲涡流检测系统包括有检测系统主机和传感器两个部分，参见图1。专利申请号CN200910061369.2，申请日2009年4月1日，专利技术名称“对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法及装置”。该装置(参见图1A)包括依次连接的脉冲涡流传感器8、信号激励电路9、信号处理电路10、A/D转换电路11和便携式计算机12。信号激励电路9给脉冲涡流传感器8提供方波激励。脉冲涡流传感器8用于在被测构件1中激励诱发产生涡流并接受涡流产生的二次磁场信号，并将其转化为电压信号，传送给信号处理电路10。信号处理电路10对获得的信号进行放大、滤波处理，传送给A/D转换电路11。A/D转换电路11将接收的模拟信号转换成数字信号后送入便携式计算机12进行处理。便携式计算机12实现信号采集控制、信号显示和数据存储等功能，对接收的数据进行处理，提取信号特征，获得被测构件1的腐蚀信息。现有的脉冲涡流检测技术，多采用空心激励线圈作为脉冲磁场激励源，采用空心检测线圈或者霍尔元件、巨磁电阻传感器等作为脉冲涡流场的检测元件。这种空心探头方式产生的脉冲磁场分布区域大，脉冲涡流场检测传感器得到的检测信号微弱，噪声大。当构件外包覆层较厚或者被检构件的壁厚较大时，空心探头方式的检测能力受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供了一种带铁芯的脉冲涡流检测线圈探头。该带铁芯探头填充高磁导率、高饱和磁通密度的软磁材料铁芯，减小了线圈探头与被检构件之间磁路的磁阻。因此，利用本专利技术中带铁芯线圈探头对构件实施脉冲涡流无损检测时，线圈探头能产生空间聚集的脉冲强磁场，增大检测信号，提高信号的信噪比，有利于在较大提离条件下对构件实施脉冲涡流检测，并增强了探头对较大壁厚构件的检测能力。本专利技术的目的之二是提出一种应用本专利技术设计的带铁芯线圈探头进行脉冲涡流检测的方法，该方法利用带铁芯探头的时间常量来衡量铁芯内脉冲涡流场对感应电压检测信号的影响。当带铁芯探头的时间常量小于等于被检构件脉冲涡流扩散时间常量的十分之一时，铁芯内脉冲涡流场对感应电压的影响可忽略不计，则基于带铁芯线圈探头的作用可近似成对检测信号的线性放大，从而简化无损检测信号处理的难度。本专利技术是一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，该系统包括有带铁芯线圈探头(10)、计算机(20)、脉冲激励源(21)和数据采集卡(22)，所述带铁芯线圈探头(10)由铁芯束(1)、激励线圈(2)和检测线圈(3)组成，铁芯束(1)设置在激励线圈(2)的中心部位，激励线圈(2)的外部是检测线圈(3)；或者铁芯束(1)设置在检测线圈(3)的中心部位，检测线圈(3)的外部是激励线圈(2)；所述铁芯束(1)由多根铁芯(1A)构成。应用本专利技术设计的基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统进行探头测试，包括有下列步骤：A)将带铁芯的线圈探头置于空气中，不放置被检构件；B)在激励线圈的一端串联一个0.1Ω的电流采样电阻；C)在激励线圈中持续通入稳定电流I0，在t＝0时，关断激励电流，此时，会在激励线圈中形成从I0开始近似指数衰减的脉冲激励电流下降沿；D)通过采集电流采样电阻两端的感应电压，得到激励电流下降沿波形；E)测量出激励电流下降沿时间toff，且带铁芯探头的时间常量τs与激励电流下降沿时间toff满足关系为F)对于不同的被检构件，将构件扩散时间常量τe与带铁芯探头的时间常量τs相比，在满足不等式τe≥10τs的条件下，利用带铁芯的线圈探头对被检构件进行脉冲涡流检测时，铁芯内脉冲涡流对感应电压检测信号的影响不考虑，此时，所述带铁芯的线圈探头对感应电压检测信号的作用为线性放大。本专利技术带铁芯线圈探头在探头及应用所述带铁芯线圈探头在探头构成的脉冲涡流电磁无损检测系统的优点在于：①本专利技术设计的带铁芯线圈探头在探头中部填充高磁导率、高饱和磁通密度的软磁材料铁芯，减小了线圈探头与被检构件之间磁路的磁阻。在相同激励电流作用下，能产生脉冲强磁场，从而有更强的磁场渗透到被检构件中，并感应出更强的脉冲涡流场；在相同提离条件下，激发出同样大小的脉冲磁场，需要的激励电流和探头尺寸更小。因此，利用本专利技术中带铁芯线圈探头对构件实施脉冲涡流无损检测时，线圈探头能产生空间聚集的脉冲强磁场，增大检测信号，提高信号的信噪比，有利于在较大提离条件下对构件实施脉冲涡流检测，并增强了探头对较大壁厚构件的检测能力。②本专利技术设计的带铁芯线圈探头内铁芯束由许多根紧密排列、彼此绝缘的铁芯组成；在脉冲电流激励下，相比于整块的铁芯，每根小铁芯内脉冲涡流场的扩散时间更短、衰减更快，从而使本专利技术中铁芯内脉冲涡流场的衰减更快，对检测信号的影响更小。③在本专利技术的带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统中，用线圈探头的时间常量来衡量铁芯内脉冲涡流场对检测信号的影响。当探头时间常量远小于被检构件脉冲涡流扩散时间常量时，说明铁芯内脉冲涡流场的扩散时间远小于被检构件内脉冲涡流场的扩散时间。此时，铁芯内脉冲涡流场对检测信号的影响可忽略不计，则铁芯束的作用可近似成对检测信号的线性放大，从而简化无损检测信号处理的难度。④在本专利技术的带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统中，利用内嵌在计算机内的软件进行信息处理，该软件给出了带铁芯线圈探头时间常量的测试方法，并采用带铁芯线圈探头的时间常量与被检构件的脉冲涡流扩散时间常量作比，判断带铁芯线圈探头的检测能力范围。附图说明图1是钢腐蚀脉冲涡流检测系统的结构框图。图1A是对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法及装置的结构图。图2是本专利技术带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统的结构图。图2A是本专利技术铁芯束按圆周排布的带铁芯线圈探头结构图。图3是本专利技术铁芯束按四边形排布的带铁芯线圈探头结构图。图4是激励电流下降沿波形图。图5是线圈探头中有无铁芯时测得的感应电压时域信号对比。1.铁芯束1A.铁芯2.激励线圈3.检测线圈10.带铁芯线圈探头11.包覆层12.被检构件20.计算机21.脉冲激励源22.数据采集卡具体实施方式下面将附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。参见图2，本专利技术是一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，包括有带铁芯线圈探头10、计算机20、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，该系统包括有带铁芯线圈探头(10)、计算机(20)、脉冲激励源(21)和数据采集卡(22)，其特征在于：所述带铁芯线圈探头(10)由铁芯束(1)、激励线圈(2)和检测线圈(3)组成，铁芯束(1)设置在激励线圈(2)的中心部位，激励线圈(2)的外部是检测线圈(3)；所述铁芯束(1)由多根铁芯(1A)构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，该系统包括有带铁芯线圈探头(10)、计算机(20)、脉冲激励源(21)和数据采集卡(22)，所述带铁芯线圈探头(10)由铁芯束(1)、激励线圈(2)和检测线圈(3)组成，其特征在于：铁芯束(1)设置在激励线圈(2)的中心部位，激励线圈(2)的外部是检测线圈(3)；所述铁芯束(1)由多根铁芯(1A)构成；所述铁芯束(1)的长度为1～10cm；所述带铁芯线圈探头(10)中的多根铁芯(1A)之间彼此绝缘紧密排列，所述铁芯(1A)的直径小于被检构件壁厚的2.根据权利要求1所述的基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，其特征在于：所述带铁芯线圈探头(10)中的多根铁芯(1A)为圆周排列。3.根据权利要求1所述的基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统，其特征在于：所述带铁芯线圈探头(10)中的多根铁芯(1A)为四边形排列。4.一种应用权利要求1所述的基于带铁芯线圈探头的脉冲涡流电磁无损检测系统进行探头测试的方法，其特征在于有下列步骤：A)将带铁芯线圈探头(10)置于空气中，不放置被检构件；B)在激励线圈的一端串联一个0.1Ω的电流采样电阻；C)在激励线圈中持续通入稳定电流I0，在t＝0时，关断激励电流，此时，会在激励线圈中形成从I...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷银照，陈兴乐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11