一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的u型檢測(cè)探頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭，屬于檢測(cè)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。U型檢測(cè)探頭由U型激勵(lì)源和磁場(chǎng)檢測(cè)探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵(lì)源由載流線圈在單個(gè)U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場(chǎng)檢測(cè)探頭的檢測(cè)元件是由基于隧道型巨磁電阻（TMR）效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上;磁敏元件為組陣列布置。本實(shí)用新型磁場(chǎng)檢測(cè)靈敏度和空間分辨率高；微、小裂紋檢出效果好，最小檢出裂紋長(zhǎng)度2mm。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭，屬于檢測(cè)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油化工、航空航天等領(lǐng)域的大型裝備，由于其特殊的工作環(huán)境，一旦發(fā)生損壞將會(huì)造成嚴(yán)重的后果，而裂紋往往是造成設(shè)備損壞的誘因。因此，必須對(duì)這些設(shè)備上的裂紋進(jìn)行定期或不定期的檢測(cè)。常用的裂紋檢測(cè)技術(shù)有超聲、磁粉、射線、磁記憶、漏磁等，但是這些檢測(cè)方法檢測(cè)前都要求清理金屬表面的保護(hù)涂層或只能接受很薄的涂層厚度，檢測(cè)成本聞。
[0003]交流電磁場(chǎng)檢測(cè)即ACFM，是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，主要用于檢測(cè)導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)件表面裂紋，特別適用于被檢工件表面有保護(hù)涂層的情況，無(wú)須去除表面保護(hù)涂層，即可進(jìn)行裂紋檢測(cè)，主要應(yīng)用于海洋平臺(tái)、部分航空航天和石油化工設(shè)備的焊縫檢測(cè)。其主要原理為:由激勵(lì)源在待測(cè)工件表面一定區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出均勻的交變電流，當(dāng)待測(cè)部位沒(méi)有缺陷時(shí)，工件表面附近的空間感應(yīng)磁場(chǎng)分布均勻；若有缺陷存在，由于缺陷本身的電磁性質(zhì)與工件不同，使得感應(yīng)電流從缺陷周?chē)@過(guò)，從而引起表面感應(yīng)磁場(chǎng)擾動(dòng)。通過(guò)采集缺陷上方擾動(dòng)磁場(chǎng)的信息并進(jìn)行分析處理，可以反演出缺陷的形狀、尺寸等參數(shù)。
[0004]目前有些電磁檢測(cè)方法的設(shè)備與ACFM設(shè)備外觀相似，比如交變漏磁檢測(cè)法和脈沖漏磁檢測(cè)法，但其檢測(cè)原理和ACFM有著本質(zhì)區(qū)別。
[0005]漏磁檢測(cè)法利用的磁場(chǎng)是設(shè)備本身激發(fā)的磁場(chǎng)，而交流電磁場(chǎng)檢測(cè)法利用的磁場(chǎng)是設(shè)備在工件表面產(chǎn)生的感應(yīng)電流激發(fā)的磁場(chǎng)。因?yàn)檫@一本質(zhì)區(qū)別，導(dǎo)致了差異。
[0006]首先，漏磁檢測(cè)法的磁場(chǎng)是可以通過(guò)多種手段實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)激勵(lì)，利用永久磁鐵、直流電磁鐵、交流電磁鐵都可以達(dá)到這一目的，通常交流電磁鐵的激勵(lì)頻率從數(shù)十赫茲至數(shù)千赫茲不等，方波、正弦波等均有使用。而ACFM則只能利用高頻正弦交流電，在工件表面感應(yīng)出持續(xù)的、穩(wěn)定分布的感應(yīng)電流，一般ACFM中應(yīng)用的正弦交流電的激勵(lì)信號(hào)頻率通常不低于5千赫茲，如果激勵(lì)信號(hào)頻率太低會(huì)嚴(yán)重影響到檢測(cè)結(jié)果。
[0007]其次，漏磁法檢測(cè)裂紋，由于檢測(cè)的目標(biāo)磁場(chǎng)不同，被檢裂紋的走向必然是與激勵(lì)磁場(chǎng)垂直或接近垂直的，而本實(shí)用新型檢測(cè)的裂紋走向是與激勵(lì)磁場(chǎng)平行或接近平行的。由于ACFM檢測(cè)的磁場(chǎng)分量與裂紋長(zhǎng)度、深度呈現(xiàn)較高的線性關(guān)系，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)裂紋在長(zhǎng)度、深度方向上的反演，容易對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)；而漏磁檢測(cè)要實(shí)現(xiàn)裂紋反演需要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用比較困難。
[0008]由于激勵(lì)信號(hào)及被檢測(cè)目標(biāo)磁場(chǎng)的不同，漏磁檢測(cè)不適用于表面覆蓋有涂層的金屬材料，而本發(fā)明所涉及的U型檢測(cè)探頭針對(duì)的就是覆蓋有涂層的金屬材料的裂紋檢測(cè)。
[0009]目前的ACFM檢測(cè)探頭，大都采用矩形空心線圈進(jìn)行磁場(chǎng)激勵(lì)，磁感應(yīng)線圈進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)，這種方式有以下不足:矩形空心線圈對(duì)磁場(chǎng)的約束效果不是非常理想，在同樣規(guī)格、相同的激勵(lì)條件下，空心線圈在待檢測(cè)金屬表面形成的感應(yīng)電流遠(yuǎn)小于本發(fā)明所述的U型激勵(lì)源，產(chǎn)生的擾動(dòng)磁場(chǎng)也更小，不利于檢測(cè)缺陷產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化；磁感應(yīng)線圈本身尺寸偏大，在之間，導(dǎo)致檢測(cè)探頭空間分辨率低，難以滿足檢測(cè)微小裂紋的要求。目前的ACFM設(shè)備對(duì)小、微裂紋檢測(cè)的檢測(cè)靈敏度和空間分辨率均有待提高。本實(shí)用新型采用U型鐵氧體磁芯繞組激勵(lì)、應(yīng)用基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)技術(shù)的檢測(cè)芯片，能提供一種對(duì)小、微裂紋檢測(cè)靈敏度更高、空間分辨率更佳的ACFM探頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭。
[0011]一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭，由U型激勵(lì)源和磁場(chǎng)檢測(cè)探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵(lì)源由載流線圈在單個(gè)U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場(chǎng)檢測(cè)探頭的檢測(cè)元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上；磁敏元件為組陣列布置，其數(shù)量根據(jù)待檢測(cè)區(qū)域的尺寸和檢測(cè)靈敏度的需要調(diào)整。
[0012]一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的檢測(cè)方法，在U型激勵(lì)源的載流線圈上施加頻率為5kHz?50kHz的交流激勵(lì)電流，當(dāng)被檢工件表面無(wú)缺陷時(shí)，激勵(lì)電流將在U型激勵(lì)源兩腿間的表面激勵(lì)出勻強(qiáng)感應(yīng)電流；當(dāng)被檢工件表面存在缺陷時(shí)，由于工件中(導(dǎo)體)的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣中(絕緣體)的電導(dǎo)率，導(dǎo)致感應(yīng)電流繞著缺陷底部及兩端經(jīng)過(guò)，在被檢工件表面附近的空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)擾動(dòng)；磁場(chǎng)檢測(cè)探頭中的磁敏元件通過(guò)隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)檢測(cè)出磁場(chǎng)變化并將磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，即可檢出缺陷并實(shí)現(xiàn)缺陷長(zhǎng)度、深度方向的尺寸反演。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:1、檢測(cè)金屬裂紋時(shí)無(wú)需清理表面涂層。2、可以對(duì)非鐵磁性金屬表面的裂紋類(lèi)缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)。3、檢測(cè)數(shù)據(jù)與缺陷長(zhǎng)度、深度方向的尺寸有較理想的線性關(guān)系，更容易實(shí)現(xiàn)缺陷反演。4、磁場(chǎng)檢測(cè)靈敏度高，達(dá)到2mV/V/G ;5、體積小，傳感器核心部分面積0.89平方毫米，厚度約為0.03毫米；6、磁場(chǎng)檢測(cè)靈敏度和空間分辨率高，最小檢出裂紋長(zhǎng)度約2mm。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0015]圖1是基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)(ACFM)的U型檢測(cè)探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是磁場(chǎng)檢測(cè)探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本實(shí)用新型的宗旨所做的許多修改和變化屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0019]實(shí)施例1:如圖1、圖2所示，為檢測(cè)鐵磁性金屬時(shí)的較佳的實(shí)施例，圖1中:被檢工件1、U型鐵氧體磁芯2、載流線圈3、磁場(chǎng)檢測(cè)探頭4。
[0020]被檢工件I為鐵磁性金屬，表面被防腐涂層覆蓋。
[0021]U型檢測(cè)探頭由U型激勵(lì)源和磁場(chǎng)檢測(cè)探頭兩大部分組成。
[0022]其中U型激勵(lì)源由載流線圈3在單個(gè)U型鐵氧體磁芯2上均勻密繞而成，往載流線圈3上施加頻率為5kHz的交流電，如果被檢工件I表面無(wú)缺陷，U型磁芯兩腿間工件表面將產(chǎn)生勻強(qiáng)的感應(yīng)電流，如果存在沿U型鐵氧體磁芯長(zhǎng)度方向的裂紋，感應(yīng)電流將會(huì)繞缺陷底部及兩端經(jīng)過(guò)，在被檢工件I表面附近的空間中產(chǎn)生擾動(dòng)磁場(chǎng)。
[0023]磁場(chǎng)檢測(cè)探頭的檢測(cè)元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)的一組或多組磁敏元件封裝而成，可以精確測(cè)量由缺陷引起的擾動(dòng)磁場(chǎng)。其中每一組磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安裝在基板5組成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封裝在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可獨(dú)立檢測(cè)互相垂直兩個(gè)方向的磁場(chǎng)。由于單個(gè)磁敏元件組體積小，檢測(cè)范圍有限，為了提高檢測(cè)效率，可將多個(gè)磁敏元件組采用dip8規(guī)格封裝起來(lái)，磁敏元件組之間的間距L根據(jù)實(shí)際需要的檢測(cè)靈敏度調(diào)整，間距d為磁敏元件與基板5的邊距。
[0024]當(dāng)U型檢測(cè)探頭沿U型鐵氧體磁芯長(zhǎng)度方向掃查時(shí)，即可檢測(cè)出與掃查方向走向一致的裂紋，此實(shí)施例主要應(yīng)用于焊縫檢測(cè)。
[0025]實(shí)施例2:如圖1、圖2所示，為檢測(cè)非鐵磁性金屬時(shí)的較佳的實(shí)施例，圖1中:被檢工件1、U型鐵氧體磁芯2、載流線圈3、磁場(chǎng)檢測(cè)探頭4。
[0026]被檢工件I為非鐵磁性金屬，表面無(wú)防腐涂層。
[0027]U型檢測(cè)探頭由U型激勵(lì)源和磁場(chǎng)檢測(cè)探頭兩大部分組成。
[0028]其中U型激勵(lì)源由載流線圈3在單個(gè)U型鐵氧體磁芯2上均勻密繞而成，往載流線圈3上施加頻率為50kHz的交流電，如果被檢工件I表面無(wú)缺陷，U型磁芯兩腿間工件表面將產(chǎn)生勻強(qiáng)的感應(yīng)電流，如果存在沿U型鐵氧體磁芯長(zhǎng)度方向的裂紋，感應(yīng)電流將會(huì)繞缺陷底部及兩端經(jīng)過(guò)，在被檢工件I表面附近的空間中產(chǎn)生擾動(dòng)磁場(chǎng)。
[0029]磁場(chǎng)檢測(cè)探頭的檢測(cè)元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)的一組或多組磁敏元件封裝而成，可以精確測(cè)量由缺陷引起的擾動(dòng)磁場(chǎng)。其中每一組磁敏元件由第一磁敏元件6、第二磁敏元件7安裝在基板5組成，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7互相垂直封裝在基板5的同一平面上，第一磁敏元件6、第二磁敏元件7可獨(dú)立檢測(cè)互相垂直兩個(gè)方向的磁場(chǎng)。由于單個(gè)磁敏元件組體積小，檢測(cè)范圍有限，為了提高檢測(cè)效率，可將多個(gè)磁敏元件組采用dip8規(guī)格封裝起來(lái)，磁敏元件組之間的間距L根據(jù)實(shí)際需要的檢測(cè)靈敏度調(diào)整，間距d為磁敏元件與基板5的邊距。
[0030]當(dāng)U型檢測(cè)探頭沿U型鐵氧體磁芯長(zhǎng)度方向掃查時(shí)，即可檢測(cè)出與掃查方向走向一致的裂紋，此實(shí)施例主要應(yīng)用于非鐵磁性金屬焊縫檢測(cè)。
[0031 ] 本實(shí)用新型提出的基于ACFM的U型檢測(cè)探頭，其U型激勵(lì)源采用錳鋅鐵氧體作為磁芯，利用錳鋅鐵氧體高磁導(dǎo)率、高電阻率的特性，在通入高頻正弦交流電時(shí)，較好地將激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁力線約束在磁芯中，減少了漏磁場(chǎng)，增大了工件表面的感應(yīng)電流，增強(qiáng)了小缺陷引起的擾動(dòng)磁場(chǎng)，配合基于TMR技術(shù)的高靈敏度、高空間分辨率磁場(chǎng)檢測(cè)探頭，可顯著提高ACFM的檢測(cè)靈敏度。
[0032]如上所述，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于交流電磁場(chǎng)檢測(cè)的U型檢測(cè)探頭，其特征在于由U型激勵(lì)源和磁場(chǎng)檢測(cè)探頭兩部分構(gòu)成，U型激勵(lì)源由載流線圈在單個(gè)U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，磁場(chǎng)檢測(cè)探頭的磁場(chǎng)檢測(cè)探頭檢測(cè)元件是由基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)的一組或多組磁敏元件封裝而成，每一組磁敏元件的第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板上，第一磁敏元件、第二磁敏元件互相垂直封裝在基板的同一平面上；磁敏元件為組陣列布置。
【文檔編號(hào)】G01N27/87GK203758961SQ201320672852
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】吳江, 周志雄, 方太安 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 北京康布爾石油技術(shù)發(fā)展有限公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院