非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)材料的表面及內(nèi)部深層缺陷，首先在被檢材料表面上方放置一產(chǎn)生開放磁場(chǎng)的圓柱形永磁體，使被檢材料以一恒定的速度相對(duì)于永磁體發(fā)生移動(dòng)；由材料中感應(yīng)出渦流與永磁體產(chǎn)生的開放磁場(chǎng)發(fā)生相互作用使得材料受到洛倫茲力的作用，永磁體受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力；利用與永磁體相連接的測(cè)力傳感器測(cè)得永磁體所受到的力并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，在計(jì)算機(jī)采集處理模塊中呈現(xiàn)出來(lái)；本發(fā)明方法原理簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)渦流檢測(cè)相比，具有檢測(cè)材料內(nèi)部深層缺陷的優(yōu)勢(shì)，在檢測(cè)缺陷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代重大設(shè)備大多數(shù)在高溫、高壓、高速和高負(fù)載條件下運(yùn)行，其重要部件廣泛采用新型合金材料，特別是非鐵磁性合金材料如鋁合金，其具有強(qiáng)度高、密度低和耐腐蝕性強(qiáng)等特性。如部件中帶有缺陷或設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生缺陷，就會(huì)降低設(shè)備運(yùn)行的安全性，甚至導(dǎo)致惡性事故發(fā)生。因此，為了在生產(chǎn)和使用過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的缺陷，以進(jìn)行零件更換或返修，保障設(shè)備可靠運(yùn)行及人身安全，需要對(duì)其實(shí)施無(wú)損檢測(cè)。
[0003]目前，常用于非鐵磁性金屬材料缺陷的電磁類無(wú)損檢測(cè)方法通常為傳統(tǒng)渦流檢測(cè)法。傳統(tǒng)渦流檢測(cè)法不需要耦合劑，可以避免與被檢測(cè)對(duì)象直接接觸，且靈敏度高，但難以檢出材料內(nèi)部的深層缺陷，且傳感器與材料之間有細(xì)微的提離距離差異都將給檢測(cè)信號(hào)帶來(lái)極大的影響。
[0004]洛倫茲力渦流檢測(cè)法是在傳統(tǒng)渦流檢測(cè)法基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型電磁無(wú)損檢測(cè)方法，其檢測(cè)原理在于當(dāng)永磁體與被檢材料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料會(huì)受到洛倫茲力作用，根據(jù)牛頓第三定律，永磁體受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力，利用測(cè)力傳感器測(cè)得永磁體所受到力的大小變化，從而獲得缺陷的相關(guān)信息。該方法克服了傳統(tǒng)渦流檢測(cè)法的不足，提高了檢測(cè)材料內(nèi)部深層缺陷的效率，且對(duì)于傳感器和材料間的提離距離差異敏感度較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，該方法克服了傳統(tǒng)渦流檢測(cè)法難以檢出材料內(nèi)部深層缺陷，且對(duì)于傳感器和材料間的提離距離差異敏感的問題。
[0006]本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，(I)在被檢材料表面上方固定一產(chǎn)生開放磁場(chǎng)的圓柱形永磁體，永磁體通過(guò)一固定裝置與測(cè)力傳感器相連接，然后使被檢材料以一恒定的速度相對(duì)于永磁體發(fā)生移動(dòng)；
(2)當(dāng)材料與永磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料中感應(yīng)出渦流與永磁體產(chǎn)生的開放磁場(chǎng)相互作用時(shí)，材料將受到洛倫茲力的作用，根據(jù)牛頓第三定律，永磁體勢(shì)必受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力，利用測(cè)力傳感測(cè)得永磁體所受力并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，最后在計(jì)算機(jī)采集處理軟件中呈現(xiàn)出來(lái)；
(3)通過(guò)觀察電壓信號(hào)是否存在明顯畸變，判斷材料有無(wú)缺陷；所述的恒定的速度為大于0.3 m/s (一般為0.3-0.7m/s)所述圓柱形永磁體與被檢材料的垂直距離H為2mm ( H^ 5mm。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)方法步驟(2)中所涉及的主要裝置包括包括圓柱形永磁體、固定裝置、測(cè)力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)采集處理模塊。其中，測(cè)力傳感器用于缺陷引起的永磁體受力發(fā)生改變的獲取，并將其轉(zhuǎn)化電壓信號(hào)，傳送給信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)獲得的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后，傳送給A/D轉(zhuǎn)換電路并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后最終送入計(jì)算機(jī)采集處理模塊進(jìn)行處理。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是利用一永磁體在材料表面產(chǎn)生一開放磁場(chǎng)，且材料與永磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)在材料中產(chǎn)生洛倫茲力，根據(jù)牛頓第三定律，永磁體受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力，利用測(cè)力傳感器測(cè)得永磁體所受到力變化并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而獲得缺陷的相關(guān)信息，它具有材料內(nèi)部深層缺陷檢測(cè)效果好，檢測(cè)方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明檢測(cè)方法的原理示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明檢測(cè)方法的裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明檢測(cè)方法的裝置掃查示意圖。
[0012]在圖中，1、圓柱形永磁體2、固定裝置3、測(cè)力傳感器4、被檢材料5、開放磁場(chǎng)6、渦流7、信號(hào)調(diào)理電路8、A/D轉(zhuǎn)換電路9、計(jì)算機(jī)采集處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；
本發(fā)明檢測(cè)方法原理如圖1所示，首先在被檢材料4表面上方放置一產(chǎn)生開放磁場(chǎng)5的圓柱形永磁體I，然后使下方的被檢材料4以一-〖1[定的速度V相對(duì)于圓柱形永磁體I發(fā)生移動(dòng)；此時(shí)，由被檢材料4中感應(yīng)出渦流與圓柱形永磁體I產(chǎn)生的開放磁場(chǎng)5發(fā)生相互作用使得被檢材料4受到洛倫茲力Ftl的作用，根據(jù)牛頓第三定律，圓柱形永磁體I則受到一個(gè)與洛倫茲力Ftl大小相等方向相反的作用力F1，利用測(cè)力傳感器測(cè)定F1就評(píng)估被檢材料4的缺陷；
下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明，其步驟包括:
(1)在被檢材料表面上方2~5mm處固定一產(chǎn)生開放磁場(chǎng)的直徑為20mm、高為30mm的圓柱形永磁體，永磁體通過(guò)一固定裝置與測(cè)力傳感器相連接，然后使被檢材料以大于0.3m/s (—般為0.3-0.7m/s)以上的恒定速度相對(duì)于永磁體發(fā)生移動(dòng)；
(2)當(dāng)材料與永磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料中感應(yīng)出渦流與永磁體產(chǎn)生的開放磁場(chǎng)相互作用時(shí)，材料將受到洛倫茲力的作用，根據(jù)牛頓第三定律，永磁體勢(shì)必受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力，利用測(cè)力傳感測(cè)得永磁體所受力并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，最后在計(jì)算機(jī)采集處理軟件中呈現(xiàn)出來(lái)；
(3)通過(guò)觀察電壓信號(hào)是否存在明顯畸變，判斷材料有無(wú)缺陷。
[0014]如圖2所示，本發(fā)明檢測(cè)裝置包括圓柱形永磁體1、固定裝置2、測(cè)力傳感器3、信號(hào)調(diào)理電路7、A/D轉(zhuǎn)換電路8和計(jì)算機(jī)采集處理模塊9。測(cè)力傳感器3用于測(cè)得圓柱形永磁體I所受作用力，并將其轉(zhuǎn)化電壓信號(hào)，傳送給信號(hào)調(diào)理電路7，信號(hào)調(diào)理電路7對(duì)獲得的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后，傳送給A/D轉(zhuǎn)換電路8，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并最終送入計(jì)算機(jī)采集處理模塊9進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)采集處理模塊9實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、信號(hào)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷數(shù)字電壓信號(hào)是否存在畸變，獲得被檢材料4是否存在缺陷的信息。
[0015]本發(fā)明檢測(cè)方法的裝置掃查示意圖如圖3所示，直徑為20mm、高為30mm的圓柱形永磁體I通過(guò)固定裝置2與測(cè)力傳感器3相連接，圓柱形永磁體I與被測(cè)材料4垂直，二者之間的垂直距離為H，2mm < H < 5mm。圓柱形永磁體I在被測(cè)材料4上方產(chǎn)生一開放磁場(chǎng)
5,且被測(cè)材料4以一-〖亙定速度0.5m/s相對(duì)于圓柱形永磁體I向左發(fā)生移動(dòng)。此時(shí)，被測(cè)材料4中感應(yīng)出渦流6與開放磁場(chǎng)5相互作用使得被測(cè)材料4受到洛倫茲力Ftl的作用，圓柱形永磁體I受到其反作用力F1·，利用測(cè)力傳感器3測(cè)得F1,即可表征缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法，其特征在于，所述的檢測(cè)方法包括以下步驟: (1)在被檢材料表面上方固定一產(chǎn)生開放磁場(chǎng)的圓柱形永磁體，永磁體通過(guò)一固定裝置與測(cè)力傳感器相連接，被檢材料位于圓柱形永磁體下方，然后使被檢材料以一恒定的速度相對(duì)于永磁體發(fā)生移動(dòng)； (2)當(dāng)材料與永磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料中感應(yīng)出渦流與永磁體產(chǎn)生的開放磁場(chǎng)相互作用時(shí)，材料將受到洛倫茲力的作用，根據(jù)牛頓第三定律，永磁體勢(shì)必受到一個(gè)與洛倫茲力大小相等方向相反的作用力，利用測(cè)力傳感測(cè)得永磁體所受力并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，最后在計(jì)算機(jī)采集處理軟件中呈現(xiàn)出來(lái)； (3 )通過(guò)觀察電壓信號(hào)是否存在明顯畸變，判斷材料有無(wú)缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法，其特征在于，所述的恒定的速度為大于0.3m/so
3.如權(quán)利要求1所述的一種非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法，其特征在于，所述圓柱形永磁體與被檢材料的垂直距離H為2mm < H < 5mm。
4.所述非鐵磁性金屬材料缺陷的洛倫茲力渦流檢測(cè)方法所用的檢測(cè)裝置，它包括包括包括圓柱形永磁體、固定裝置、測(cè)力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)采集處理模塊，其特征在于，用于形成開放磁場(chǎng)的圓柱形永磁體連接固定裝置的下表面，測(cè)力傳感器連接在固定裝置的上表面，測(cè)力傳感器獲取缺陷引起的永磁體受力發(fā)生改變信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后傳遞給與其相連的信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)獲得的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后，傳送給與其相連的A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)采集處理模塊相連。
【文檔編號(hào)】G01N27/90GK103575803SQ201310576523
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】宋凱, 彭旭釗, 張麗攀, 張士晶 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)