一種基于交流電磁場檢測的u型檢測探頭及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭及檢測方法，屬于檢測設(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)生損壞將會造成嚴重的后果，而裂紋往往是造成設(shè)備損壞的誘因。因此，必須對這些設(shè)備上的裂紋進行定期或不定期的檢測。常用的裂紋檢測技術(shù)有超聲、磁粉、射線、磁記憶、漏磁等，但是這些檢測方法檢測前都要求清理金屬表面的保護涂層或只能接受很薄的涂層厚度，檢測成本聞。
[0003]交流電磁場檢測即ACFM，是一種新興的無損檢測技術(shù)，主要用于檢測導(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涂層的情況，無須去除表面保護涂層，即可進行裂紋檢測，主要應(yīng)用于海洋平臺、部分航空航天和石油化工設(shè)備的焊縫檢測。其主要原理為:由激勵源在待測工件表面一定區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出均勻的交變電流，當待測部位沒有缺陷時，工件表面附近的空間感應(yīng)磁場分布均勻；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)電流從缺陷周圍繞過，從而引起表面感應(yīng)磁場擾動。通過采集缺陷上方擾動磁場的信息并進行分析處理，可以反演出缺陷的形狀、尺寸等參數(shù)。
[0004]目前有些電磁檢測方法的設(shè)備與ACFM設(shè)備外觀相似，比如交變漏磁檢測法和脈沖漏磁檢測法，但其檢測原理和ACFM有著本質(zhì)區(qū)別。
[0005]漏磁檢測法利用的磁場是設(shè)備本身激發(fā)的磁場，而交流電磁場檢測法利用的磁場是設(shè)備在工件表面產(chǎn)生的感應(yīng)電流激發(fā)的磁場。因為這一本質(zhì)區(qū)別，導(dǎo)致了差異。
[0006]首先，漏磁檢測法的磁場可以通過多種手段實現(xiàn)磁場激勵，利用永久磁鐵、直流電磁鐵、交流電磁鐵都可以達到這一目的，通常交流電磁鐵的激勵頻率從數(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信號頻率通常不低于5千赫茲，如果激勵信號頻率太低會嚴重影響到檢測結(jié)果。
[0007]其次，漏磁法檢測裂紋，由于檢測的目標磁場不同，被檢裂紋的走向必然是與激勵磁場垂直或接近垂直的，而本發(fā)明檢測的裂紋走向是與激勵磁場平行或接近平行的。由于ACFM檢測的磁場分量與裂紋長度、深度呈現(xiàn)較高的線性關(guān)系，可以比較容易的實現(xiàn)裂紋在長度、深度方向上的反演，容易對缺陷進行評價；而漏磁檢測要實現(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]由于激勵信號及被檢測目標磁場的不同，漏磁檢測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型檢測探頭針對的就是覆蓋有涂層的金屬材料的裂紋檢測。
[0009]目前的ACFM檢測探頭，多采用矩形空心線圈進行磁場激勵，磁感應(yīng)線圈進行磁場檢測，這種方式有以下不足:矩形空心線圈對磁場的約束效果不是非常理想，在同樣規(guī)格、相同的激勵條件下，空心線圈在待檢測金屬表面形成的感應(yīng)電流遠小于本發(fā)明所述的U型激勵源，產(chǎn)生的擾動磁場也更小，不利于檢測缺陷產(chǎn)生的磁場變化；檢測磁場用磁感應(yīng)線圈本身尺寸偏大，在之間，導(dǎo)致檢測探頭空間分辨率低，難以滿足檢測微小裂紋的要求。目前的ACFM設(shè)備對小、微裂紋檢測的檢測靈敏度和空間分辨率均有待提高。本發(fā)明采用U型激勵源、應(yīng)用基于隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)技術(shù)的檢測芯片，能提供一種對小、微裂紋檢測靈敏度更高、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，本發(fā)明提供一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭及檢測方法。
[0011]一種基于交流電磁場檢測的U型檢測探頭，由U型激勵源和磁場檢測探頭兩部分構(gòu)成，
[0012]其中U型激勵源由載流線圈在單個U型鐵氧體磁芯上均勻繞制而成，U型激勵源在工件表面感應(yīng)出均勻的感應(yīng)電流，當存在裂紋時，感應(yīng)電流沿著裂紋底部及邊緣流動，產(chǎn)生擾動磁場；磁場檢測探頭由隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)磁敏元件構(gòu)成，能檢測該擾動磁場，確定被檢裂紋尺寸及裂紋走向；
[0013]U型激勵源工作時，向載流線圈中施加的正弦交流電頻率為5kHz?50kHz，用于在U型磁芯兩腿間的工件表面激發(fā)出均勻的感應(yīng)電流；
[0014]磁場檢測探頭的檢測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，每一個磁敏元件組由兩片磁敏元件安裝在基板上構(gòu)成，探頭中封裝的磁敏元件組的數(shù)目根據(jù)待檢測區(qū)域的尺寸和檢測靈敏度的需要調(diào)整，每一組磁敏元件由第一磁敏元件、第二磁敏元件安裝在基板組成，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，第一磁敏元件、第二磁敏元件獨立檢測互相垂直兩個方向的感應(yīng)磁場；磁敏元件組陣列布置；探頭中封裝的磁敏元件組的數(shù)量根據(jù)待檢測區(qū)域的尺寸和檢測靈敏度的需要調(diào)整。
[0015]采用dip8封裝，將多組磁敏元件封裝在一起。
[0016]一種基于交流電磁場檢測的檢測方法，在U型激勵源的載流線圈上施加頻率為5kHz?50kHz的交流激勵電流，當被檢工件表面無缺陷時，激勵電流將在U型激勵源兩腿間的表面激勵出勻強感應(yīng)電流；當被檢工件表面存在缺陷時，由于工件中(導(dǎo)體)的電導(dǎo)率遠大于空氣中(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，在被檢工件表面附近的空間中產(chǎn)生磁場擾動；磁場檢測探頭中的磁敏元件通過隧道型巨磁電阻效應(yīng)(TMR)檢測出磁場變化并將磁場變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，即可檢出缺陷并實現(xiàn)缺陷長度、深度方向的尺寸反演。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:1、檢測金屬裂紋時無需清理表面涂層。2、可以對非鐵磁性金屬表面的裂紋類缺陷進行有效檢測。3、檢測數(shù)據(jù)與缺陷長度、深度方向的尺寸有較理想的線性關(guān)系，更容易實現(xiàn)缺陷反演。4、磁場檢測靈敏度高，達到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、磁場檢測靈敏度和空間分辨率高，最小檢出裂紋長度約2mm。
【附圖說明】
[0018]當結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，如圖其中:
[0019]圖1是基于交流電磁場檢測(ACFM)的U型檢測探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是磁場檢測探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0021]下面結(jié)合附圖