一種基于共生式磁軛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于共生式磁軛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)生交變磁場的線圈進(jìn)行改進(jìn)，即采用全新的共生式磁軛線圈代替?zhèn)鹘y(tǒng)直導(dǎo)線線圈、矩形線圈和圓形線圈來產(chǎn)生交變磁場。由于磁軛的相對磁導(dǎo)率比空氣的相對磁導(dǎo)率大得多，故磁軛可以高效“收集”激勵線圈在空間激發(fā)出的磁場并將其“注入”導(dǎo)體試件。換句話說，本發(fā)明中的共生式磁軛線圈可以更有效地利用激勵線圈激發(fā)出的交變磁場在導(dǎo)體試件內(nèi)激發(fā)出強(qiáng)度更大的磁場，進(jìn)而產(chǎn)生更大面積的、較均勻的渦流場對導(dǎo)體試件進(jìn)行加熱，有效地提高熱圖中缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度對比度，最終達(dá)到提高缺陷檢出效率的目的。
【專利說明】
-種基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種基于共生式磁輛線圈的 感應(yīng)熱像無損檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無損檢測技術(shù)是控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證在役設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。脈沖滿流熱 成像(；Eddy Current Pulsed Thermogra地y，簡稱ECPT)將滿流與熱成像相結(jié)合而形成的一 種無損檢測技術(shù)，其可實(shí)現(xiàn)大范圍不同深度缺陷的快速檢測，近年來，在導(dǎo)體材料無損檢測 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，已成為分析導(dǎo)體材料失效原因的重要手段。
[0003] ECPT檢測技術(shù)原理如圖1所示，觸發(fā)信號同時打開紅外熱像儀和功率發(fā)生器，當(dāng)功 率發(fā)生器產(chǎn)生并輸出的交變激勵電流(激勵信號)通過激勵端通入線圈（圖1中直導(dǎo)線線圈） 時，線圈附近空間會產(chǎn)生交變磁場，使位于其下方的導(dǎo)體試件內(nèi)磁通不斷變化產(chǎn)生滿流，滿 流因焦耳熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量對試件進(jìn)行加熱，另外，磁通量通過導(dǎo)體試件時也會因磁滯損耗 產(chǎn)生熱量對試件進(jìn)行加熱。由于缺陷的存在會影響滿流的行徑和熱的擴(kuò)散，進(jìn)而影響導(dǎo)體 試件表面的熱場分布，最終導(dǎo)致導(dǎo)體試件表面缺陷區(qū)域熱場分布異常，使用紅外熱像儀實(shí) 時記錄導(dǎo)體試件表面熱信息，對其進(jìn)行分析挖掘便可得到導(dǎo)體試件的缺陷信息。
[0004] 目前ECPT檢測技術(shù)所用線圈有直導(dǎo)線線圈、矩形線圈、圓形線圈等，其結(jié)構(gòu)特征如 圖2所示，其中直導(dǎo)線線圈在通常情況下更優(yōu)，但此Ξ類線圈在檢測過程中存在W下缺點(diǎn)： 激勵線圈激發(fā)產(chǎn)生的交變磁場利用率極低、導(dǎo)體試件中被激發(fā)產(chǎn)生的磁場不均勻且磁感應(yīng) 強(qiáng)度小、紅外熱像儀采集所得的熱圖中缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的熱對比度低不易被檢出、 單次可檢測區(qū)域面積小、對特定傾角缺陷不敏感等，使得缺陷檢出效率低。為取得良好檢測 效果，現(xiàn)有技術(shù)的上述問題亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱 像無損檢測裝置，W實(shí)現(xiàn)更為有效地利用線圈激發(fā)產(chǎn)生的交變磁場在導(dǎo)體試件中感生出磁 感應(yīng)強(qiáng)度更大的均勻滿流場，有效地提高熱圖中缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度對比度，最 終達(dá)到提高缺陷檢出效率的目的。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置，包 括：
[0007] 功率發(fā)生器，用于產(chǎn)生交變激勵電流，并通過激勵端通入激勵線圈；
[000引紅外熱像儀，用于實(shí)時記錄導(dǎo)體試件表面熱信息（熱場分別情況），并輸出反映熱 信息(熱場分布情況)的熱視頻給上位機(jī)；
[0009] 上位機(jī)，用于對紅外熱像儀輸出的熱視頻進(jìn)行分析挖掘，得到導(dǎo)體試件的缺陷信 息；
[0010] 其中，紅外熱像儀和功率發(fā)生器在觸發(fā)信號同時打開，W便同步記錄導(dǎo)體試件表 面熱信息；
[0011] 其特征在于，還包括：
[0012] -共生式磁輛線圈，該生式磁輛線圈包括一個"口"形磁輛和一個激勵線圈；
[0013] 所述激勵線圈由兩個等效環(huán)形線圈組成，所述兩個等效環(huán)形線圈呈8字交叉相連， 繞線走向?yàn)?型，且兩個等效環(huán)形線圈所產(chǎn)生磁場相互加強(qiáng)，即所謂"共生"；
[0014] 所述磁輛兩側(cè)的極柱與磁輛上側(cè)的橫臂的截面可為圓形或方形，磁輛跨放在激勵 線圈中，即磁輛兩側(cè)的極柱分別插入兩個等效環(huán)形線圈內(nèi)；
[0015] 被檢導(dǎo)體試件位于共生式磁輛線圈下方，即兩個極柱腳位置。
[0016] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的。
[0017] 本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對 產(chǎn)生交變磁場的線圈進(jìn)行改進(jìn)，即采用全新的共生式磁輛線圈代替?zhèn)鹘y(tǒng)直導(dǎo)線線圈、矩形 線圈和圓形線圈來產(chǎn)生交變磁場。由于磁輛的相對磁導(dǎo)率比空氣的相對磁導(dǎo)率大得多，故 磁輛可W高效"收集"激勵線圈在空間激發(fā)出的磁場并將其"注入"導(dǎo)體試件。換句話說，本 發(fā)明中的共生式磁輛線圈可W更有效地利用激勵線圈激發(fā)出的交變磁場在導(dǎo)體試件內(nèi)激 發(fā)出強(qiáng)度更大的磁場，進(jìn)而產(chǎn)生更大面積的、較均勻的滿流場對導(dǎo)體試件進(jìn)行加熱，有效地 提高熱圖中缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度對比度，最終達(dá)到提高缺陷檢出效率的目的。
【附圖說明】
[001引圖1是ECPT無損檢測裝置的工作原理示意圖；
[0019] 圖2是ECPT無損檢測裝置所用各類傳統(tǒng)線圈示意圖，其中，（a)為直導(dǎo)線線圈，（b) 為圓形線圈，（C)為矩形線圈；
[0020] 圖3是本發(fā)明所采用的新型共生式磁輛線圈一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖，其 中，（a)為主視圖，（b)為左視圖，（C)俯視圖，（d)為立體圖；
[0021] 圖4是用于檢測本發(fā)明技術(shù)效果和單次可檢測區(qū)域面積評估的帶缺陷導(dǎo)體試件的 俯視圖；
[0022] 圖5是各線圈與導(dǎo)體試件的檢測相對位置示意圖，其中，（a)為圓形線圈進(jìn)行測試， (b)為矩形線圈進(jìn)行測試，（C)為直導(dǎo)線線圈進(jìn)行測試，（d)為共生式磁輛線圈進(jìn)行測試；
[0023] 圖6是各線圈檢測效果圖，其中，（a)為圓形線圈，（b)為直導(dǎo)線線圈，（C)為矩形線 圈，（d)為共生式磁輛線圈；
[0024] 圖7是本發(fā)明新型共生式磁輛線圈對不同類型缺陷的檢測效果及其可有效檢測區(qū) 域詳圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，運(yùn)些描述在運(yùn)里將被忽略。
[0026] 圖3是本發(fā)明所采用的新型共生式磁輛線圈一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí) 施例中，如圖3所示，本發(fā)明中的共生式磁輛線圈包括一個"Π "形磁輛2和一個激勵線圈1。
[0027] 所述激勵線圈1由兩個等效環(huán)形線圈組成，所述兩個等效環(huán)形線圈呈8字交叉相 連，繞線走向?yàn)閟型，且兩個等效環(huán)形線圈所產(chǎn)生磁場相互加強(qiáng)，即所謂"共生"。在本實(shí)施 例中，激勵線圈1的材質(zhì)為黃銅。
[00%]所述磁輛2兩側(cè)的極柱201與磁輛2上側(cè)的橫臂202的截面可為圓形或方形，磁輛2 跨放在激勵線圈1中，即磁輛2兩側(cè)的極柱201分別插入兩個等效環(huán)形線圈內(nèi)，具體如圖3(d) 所示。在本實(shí)施例中，磁輛2的材質(zhì)為鐵氧體。
[0029] 磁輛巧日激勵線圈1規(guī)格可依應(yīng)用場合選取，在本實(shí)施例中，磁輛2規(guī)格為LXWXH- 1 XWXh=120mmX30mmX 120mm-60mmX30mmX90mm，其中，L 為長度，W 為寬度，Η 為高度，1 為 口內(nèi)長度，h為口內(nèi)高度。激勵線圈1規(guī)格為線徑化= 6mm，環(huán)徑2R = 50mm).
[0030] 激勵線圈1與磁輛2的極柱201間距不宜過大，不宜大于5畑1，即應(yīng)當(dāng)小于等于5畑1， 也即激勵線圈1應(yīng)較緊密嵌套在磁輛2的極柱201上。同樣，激勵線圈1內(nèi)部通循環(huán)冷卻水。
[0031] 被檢導(dǎo)體試件3位于共生式磁輛線圈下方，即兩個極柱201腳位置。
[0032] 需注意，為突出發(fā)明中的創(chuàng)新部分，即線圈共生式磁輛線圈，圖3中未畫出激勵線 圈的接線抽頭。
[0033] 須指出，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施例的尺寸，共生式磁輛線圈的激勵線圈應(yīng) 數(shù)和位置、改變激勵線圈的接線方式、改變激勵線圈的繞線方式、改變激勵線圈各部件的材 質(zhì)、改變激勵線圈各部件的規(guī)格等都可W根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行改變。
[0034] 本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置具體的共過程如下：
[0035] 將圖3所示的共生式磁輛線圈與功率發(fā)生器化CPT專用激勵源)通過激勵端正確連 接在一起，并保證水冷裝置能給激勵線圈通循環(huán)水及時冷卻，否則激勵過程中激勵線圈自 身所生熱量會影響紅外熱像儀對導(dǎo)體試件表面信息的采集。
[0036] 將共生式磁輛線圈放置于導(dǎo)體試件之上，磁輛與導(dǎo)體試件表面提離距離依應(yīng)用場 合決定，建議不超過5mm，本實(shí)施例中，提離距離設(shè)置為0mm，提離距離增加會導(dǎo)致漏磁增加， 進(jìn)而影響缺陷檢測的效果。
[0037] 打開紅外熱像儀與功率發(fā)生器(激勵源)控制端，在同一時間啟動紅外熱像儀和功 率發(fā)生器(激勵源），保證紅外熱像儀實(shí)時記錄激勵加熱過程中導(dǎo)體試件表面的熱場分布情 況，加熱時間依導(dǎo)體試件材質(zhì)而定，在本實(shí)施例中，加熱時間均為0.2s。使用對圖4所示帶缺 陷的導(dǎo)體試件進(jìn)行檢測，各線圈與導(dǎo)體試件的檢測相對位置示意圖如圖5所示。
[0038] 分析紅外熱像儀采集所得熱視頻:根據(jù)線性歸一化公式
[0039]
[0040] 其中X(i，j)nDr表示歸一化后的溫度值、X(i，j)表示待歸一化的溫度值、Xmax為當(dāng)前 熱圖巧大溫度值、Xmin為當(dāng)自U熱圖巧小溫度值，i = l = l ,2,···η,mXn =熱像儀像素， m，n值大小具體依紅外熱像儀而定，
[0041] 對熱視頻的每一帖圖像(熱圖）做歸一化處理，歸一化為熱圖處理常用處理，為熱 對比度計算做準(zhǔn)備。
[0042] 根據(jù)熱對比度(Thermal contrast)定義公式
[0043] Δ T=mean(Td)-mean(Tnd)
[0046] 其中，Td為缺陷區(qū)域的熱圖、Tnd為非缺陷區(qū)域的熱圖，m為當(dāng)前區(qū)域?qū)?yīng)溫度值的 行數(shù)、η為當(dāng)前區(qū)域?qū)?yīng)溫度值的列數(shù)、Τυ為第i行第j個溫度值、ΔΤ為熱對比度，可計算出 熱圖的熱對比度，熱對比度為一衡量無損檢測裝置的缺陷檢出性能的參數(shù)，無損檢測裝置 所得熱圖熱對比度越大，則無損檢測裝置越容易檢出缺陷。
[0047] 本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置的優(yōu)勢說明：
[004引使用基于圓形線圈、矩形線圈、直導(dǎo)線線圈、共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測 裝置分別對圖4所示多缺陷的導(dǎo)體試件進(jìn)行檢測，該試件材質(zhì)為45號鋼，各類線圈與導(dǎo)體試 件相對位置如圖5所示，將所得熱圖做歸一化處理，得到歸一化熱圖，選取最佳帖作為檢測 效果圖，各裝置的檢測效果圖如圖6所示，基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置的 檢測效果放大圖如圖7所示。從圖6、7可見，僅本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損 檢測裝置檢出了全部的五個缺陷，基于圓形線圈與矩形線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置各檢 出兩個缺陷，基于直導(dǎo)線線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置僅檢出一個缺陷。
[0049]基于各類線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置對45號鋼的最大單次可檢測面積，如表1 所示：
[(K)加 ]
[0化1] 表1
[0052] 由表1可見，本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置的最大單次可 檢測面積完全優(yōu)于基于傳統(tǒng)各類線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置裝置，并且優(yōu)勢明顯，運(yùn)是 因?yàn)檩^之傳統(tǒng)線圈，本發(fā)明中使用的共生式磁輛線圈可產(chǎn)生更大面積的較均勻滿流場對導(dǎo) 體試件進(jìn)行加熱。
[0053] 計算得到各類線圈針對缺陷的熱對比度，如表2所示：
[0化4]
[0化5] 表2
[0056] 由表2可見，本發(fā)明基于共生式磁輛線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置的熱對比度明 顯大于基于傳統(tǒng)各類線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置，也即本發(fā)明基于新型共生式磁輛線圈 的感應(yīng)熱像無損檢測裝置較之基于傳統(tǒng)各類線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置更容易檢出試 件缺陷。
[0057] 另外，由磁路定理知磁通總是優(yōu)先經(jīng)過磁導(dǎo)率高的介質(zhì)，空氣的相對磁導(dǎo)率為 1.00000004,鐵氧體磁輛的相對磁導(dǎo)率為5000,故磁輛可W高效"收集"激勵線圈在空間激 發(fā)出的磁場并將其"注入"試件，換句話說，新型共生式磁輛線圈可W更有效的利用激勵線 圈激發(fā)出的磁場在試件內(nèi)激發(fā)出強(qiáng)度更大的磁場，進(jìn)而產(chǎn)生更大面積的較均勻滿流場對試 件進(jìn)行加熱，有效地提高熱圖中缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度對比度，最終達(dá)到提高缺陷 檢出效率的目的。
[0058]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，W便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，運(yùn)些 變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于共生式磁輒線圈的感應(yīng)熱像無損檢測裝置，包括： 功率發(fā)生器，用于產(chǎn)生交變激勵電流，并通過激勵端通入激勵線圈； 紅外熱像儀，用于實(shí)時記錄導(dǎo)體試件表面熱信息（熱場分別情況），并輸出反映熱信息 (熱場分布情況)的熱視頻給上位機(jī)； 上位機(jī)，用于對紅外熱像儀輸出的熱視頻進(jìn)行分析挖掘，得到導(dǎo)體試件的缺陷信息； 其中，紅外熱像儀和功率發(fā)生器在觸發(fā)信號同時打開，以便同步記錄導(dǎo)體試件表面熱 信息； 其特征在于，還包括： 一共生式磁輒線圈，該生式磁輒線圈包括一個"門"形磁輒和一個激勵線圈； 所述激勵線圈由兩個等效環(huán)形線圈組成，所述兩個等效環(huán)形線圈呈8字交叉相連，繞線且兩個等效環(huán)形線圈所產(chǎn)生磁場相互加強(qiáng)，即所謂"共生"； 所述磁輒兩側(cè)的極柱與磁輒上側(cè)的橫臂的截面可為圓形或方形，磁輒跨放在激勵線圈 中，即磁輒兩側(cè)的極柱分別插入兩個等效環(huán)形線圈內(nèi)； 被檢導(dǎo)體試件位于共生式磁輒線圈下方，即兩個極柱腳位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損檢測裝置，其特征在于，所述的激勵線圈與磁輒的極柱間 距不宜過大，不宜大于5cm，即應(yīng)當(dāng)小于等于5cm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損檢測裝置，其特征在于，所述的磁輒與導(dǎo)體試件表面提離 距離依應(yīng)用場合決定，建議不超過5mm。
【文檔編號】G01N25/72GK105823797SQ201610162812
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】高斌, 趙健, 田貴云
【申請人】電子科技大學(xué)