一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统

技术领域

本发明属于漏磁无损检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统。

背景技术

无损检测是指在不损坏被测物体的情况下利用物理方法对被测物的完整性进行评估的检测手段，是系统安全可靠性的重要保障。它被广泛应用于工业，航天，核产业，比如铁轨，油气管道，核工业，航天等材料的缺陷检测。漏磁检测是常见的无损检测方法之一。其较高的可靠型，对复杂环境的适应性，以及对于壁厚30mm以内的管道能同时检测内外壁缺陷等特点受到国内外学者们的关注。

漏磁检测是在外部对试件进行磁饱和的情况下，在通过缺陷位置处经过磁折射、磁扩散以及磁压缩形成漏磁场，漏磁场大小受到试件磁饱和程度，缺陷形状大小以及背景磁场大小的影响。当磁化装置在试件上运行时，若试件表面光滑无缺陷，磁力线从试件内部通过。当经过缺陷位置时，因为磁导率的畸变，磁感应线经过缺陷处被阻断，在缺陷侧面处发生折射，折射到缺陷表面空气中，同时伴随着着磁扩散。但由于存在较强的背景磁场，磁场间的相互作用使得磁力线在另一种磁场作用下发生挤压变化，导致发生磁扩散同时又产生反向磁压缩。综上由磁折射、磁扩散、磁压缩形成泄露的磁场。通过使用传感器来检测该漏磁场，对该漏磁场进行幅值以及梯度变化的提取，就可以对缺陷进行定性、定量分析。漏磁传感器灵敏度与提离高度一直是漏磁检测领域的热点。无论是基于测量绝对磁场大小的磁传感器还是梯度磁传感器，都往更灵敏更高提离更深层的检测领域前进。基于磁屏蔽的漏磁检测优势在于使背景磁场趋近于0，使泄露的磁场扩散范围更大，采用磁传感器对漏磁场测量时信噪比更好。

探头与试件的距离称为提离，其变化会对缺陷造成极大干扰，在大提离下的检测缺陷信号变得微弱，极大的增加了检测难度。现有的漏磁检测传感器很难克服大提离下的信号检出。只有利用磁屏蔽方法，减小泄露磁场处背景磁场，使漏磁场磁扩散范围更大，实现在同等提离下，检测信号值更优。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统，通过改进磁屏蔽罩结构使屏蔽范围里两个矢量方向磁场大小都趋近于0，使传感器能在较大提离下进行检测，检测信号信噪比更好。

为实现上述发明目的，本发明一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统，其特征在于，包括：移动载体、磁化器、磁屏蔽罩、磁传感器；

所述移动载体用于承载磁化器与磁传感器；移动载体的左右两端各设置一个镂空的矩形框，矩形框的内部各放置一个永磁体；矩形框的顶部安装两个平行的矩形条，从而将两个矩形框连接为一个整体，在两个矩形框的外侧面还各安装一组带有滑动轮的支撑架，从而使移动载体类似移动小车；在两个矩形框的内侧侧面上设置两个矩形孔，用于放置磁轭，磁轭的两端正好位于永磁体的正上方；在每根矩形条的正中间设置一组螺孔，在螺孔位置处通过长螺杆悬挂磁传感器的固定件；

所述磁化器包括两个永磁体和一根磁轭；永磁体和磁轭固定在移动载体内，呈U型结构，且两个永磁体放置的极性相反，用于在被测试件内部形成均匀的水平磁化场；

所述磁传感器为两个相互垂直的单轴霍尔传感器，一个测量x轴方向磁场，一个测量z轴方向磁场；磁传感器的外围放置磁屏蔽罩；

所述磁屏蔽罩为U型结构，且在磁屏蔽罩的上方设置一个矩形口，磁屏蔽罩罩在磁传感器的上方后，再与磁传感器一起固定在磁传感器的固定件内；

当双轴零磁场漏磁检测系统扫查被测试件缺陷时，先将移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体在被测试件上匀速移动，在移动过程中，永磁体产生磁通从N极出、S极入，在N极至S极的过程中，一部分磁通进入被测试件进行传播，另一部分磁通在空气中传播；

磁通在被测试件内的传播过程中，当遇到缺陷位置时，缺陷处的磁导率发生畸变，磁通产生磁折射泄露到空气中；

在空气中传播的磁通，大部分进入磁屏蔽罩，少部分任然在空气中传播，并在磁传感器正下方产生z轴向上的磁场分量B

进入磁屏蔽罩内的磁通在矩形口处分为三路传播，其中，两路磁通沿磁屏蔽罩的两侧进行传播，另外一路磁通通过矩形口泄露到空气中，并在磁传感器正下方产生z轴向下的磁场分量B

最终，在缺陷位置处因磁折射泄露的磁场在空气中伴随着磁扩散与背景磁场带来的磁压缩效应，最终在缺陷上方形成漏磁场；

磁传感器捕获漏磁场在x、z轴方向的漏磁信号，然后发送给pc端，pc端对漏磁信号进行信号处理及分析，从而判断出缺陷的形状与大小。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统，当零磁场漏磁检测系统扫查被测试件缺陷时，先将移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体在被测试件上匀速移动，在移动过程中，磁化器使被测试件磁化至饱和，此时永磁体磁通分为两路，一路传播至被测试件内部，另一路在空气中传播，磁通在被测试件内的传播过程中，当遇到缺陷位置时，缺陷处的磁导率发生畸变，磁通产生磁折射泄露到空气中，同时伴随着磁扩散与背景磁场带来的磁压缩效应，最终在缺陷上方形成漏磁场；磁传感器捕获漏磁信号发送给pc端，从而判断出缺陷的形状与大小。

同时本发明一种基于新型磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统还具有以下有益效果：

(1)、本发明采用u型开口的磁屏蔽罩，弥补了传统u型磁屏敝罩对z轴磁场屏蔽效果差，使传感器工作在零磁场背景下，传感器在较大提离下仍能检测到缺陷信号；

(2)、本发明与传统漏磁检测系统相比，对检测小缺陷的灵敏度有显著提升，且信号背景噪声有效降低；

(3)、通过改变磁屏蔽罩的结构，使缺陷处的空气背景磁场趋近于零，空气中磁场进入磁化结构，同时磁化器上方的部分开口使磁屏蔽磁路分为三路，其中两路沿两侧连通部分传播，一路进入空气在下方产生向下的磁场分量，抵消了因为高磁导率屏蔽器产生的向上的磁场，从而达到X、Z方向上背景磁场趋近于0，这样的改进不仅改善了磁场走向，还实现了弱磁化、低功率的检测方式。

附图说明

图1是本发明一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统架构图；

图2是被测试件的结构示意图；

图3是传统漏磁检测原理图；

图4是传统u型磁屏蔽结构磁力线分布图；

图5是新型磁屏蔽罩结构图及其磁力线分布图；

图6是被测试件的缺陷检测信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统架构图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种基于磁屏蔽结构的零磁场漏磁检测系统，包括：移动载体、磁化器、磁屏蔽罩、磁传感器；

移动载体用于承载磁化器与磁传感器；移动载体的左右两端各设置一个镂空的矩形框，矩形框的内部各放置一个永磁体；矩形框的顶部安装两个平行的矩形条，从而将两个矩形框连接为一个整体，在两个矩形框的外侧面还各安装一组带有滑动轮的支撑架，从而使移动载体类似移动小车；在两个矩形框的内侧侧面上设置两个矩形孔，用于放置磁轭，磁轭的两端正好位于永磁体的正上方；在每根矩形条的正中间设置一组螺孔，在螺孔位置处通过长螺杆悬挂磁传感器的固定件；

在本实施例中，支撑架设置有多个螺空，通过调节支撑架螺空的安装位置来调节移动载体的高度；

在本实施例中，如图2所示，被测试件为带有三个人工裂纹的平板试件，材质为45#钢，移动载体的移动速度为0.04m/s，方向在图中标注，其中被测试件的尺寸为500mm×20mm×10mm，3条人工裂纹深度均为4mm，宽度均为2mm，长度裂纹1～3依次分别为12mm、14mm、16mm，缺陷相对位置在图中标注。移动载体放置于平板型被测试件上，通过调节长螺杆悬挂高度来调节固定件内磁传感器距离被测试件表面垂直距离(提离)为6mm；

磁化器包括两个永磁体和一根磁轭；永磁体和磁轭固定在移动载体内，呈U型结构，且两个永磁体放置的极性相反，用于在被测试件内部形成均匀的水平磁化场；

在本实施例中，永磁体的长50mm、宽40mm、高20mm，磁轭：长180mm、宽40mm、高20mm；

磁传感器为两个相互垂直的单轴霍尔传感器，一个测量x轴方向磁场，一个测量z轴方向磁场；磁传感器的外围放置磁屏蔽罩；

磁屏蔽罩为U型结构，且在磁屏蔽罩的上方设置一个矩形口，磁屏蔽罩罩在磁传感器的上方后，再与磁传感器一起固定在磁传感器的固定件内；

在本实施例中，常规的漏磁检测原理如图3所示，轭铁和2个永磁体形成的U型结构用于在被测试件内部形成均匀的水平磁化场，被测试件被磁化至饱和(或接近饱和)的状态。当被测试件表面存在缺陷时，由于缺陷处的磁力线挤压导致磁导率边小，部分磁通量泄露至空气中，形成漏磁场，磁传感器用于拾取该漏磁场信号。

图4是传统u型磁屏蔽罩的结构，此时永磁体磁路分为两路，一路进入试件，一路在空气中传播，空气中磁通在u型磁屏蔽处又分为两路，磁通1进入磁屏蔽中传播，磁通2仍在空气中传播，因为磁屏蔽高磁导率导致此时下方z轴分量磁场远大于x轴。因此传统u型磁屏蔽只能有效屏蔽x轴磁场分量，对z轴屏蔽效果不好。为了提升屏蔽效果，本发明采用高磁导率材料制作磁屏蔽罩，并在磁屏蔽罩上方的中间位置处设置矩形口尺寸为长1cm、宽1cm、高0.5cm，如图5中的(a)所示；在新型的磁屏蔽罩下，磁通量分布如图5中的(b)所示，由永磁体出来在空气中传播的磁通在磁屏蔽处分解为四路磁通，磁通1、磁通2、磁通3进入磁屏蔽，磁通4仍在空气中传播。在磁屏蔽中，磁通1与磁通2分别在磁屏蔽罩两侧分别进行传播，磁通3在开口处泄露到空气中进而产生向下的分量与空气中磁通4相互抵消，使磁屏蔽罩下方背景磁场趋近于0。

当双轴零磁场漏磁检测系统扫查被测试件缺陷时，先将移动载体放置于被测试件上，然后通过控制移动载体在被测试件上匀速移动，在移动过程中，永磁体产生磁通从N极出、S极入，在N极至S极的过程中，一部分磁通进入被测试件进行传播，另一部分磁通在空气中传播；

磁通在被测试件内的传播过程中，当遇到缺陷位置时，缺陷处的磁导率发生畸变，磁通产生磁折射泄露到空气中；

在空气中传播的磁通，大部分进入磁屏蔽罩，少部分任然在空气中传播，并在磁传感器正下方产生z轴向上的磁场分量B

进入磁屏蔽罩内的磁通在矩形口处分为三路传播，其中，两路磁通沿磁屏蔽罩的两侧进行传播，另外一路磁通通过矩形口泄露到空气中，并在磁传感器正下方产生z轴向下的磁场分量B

最终，在缺陷位置处因磁折射泄露的磁场在空气中伴随着磁扩散与背景磁场带来的磁压缩效应，最终在缺陷上方形成漏磁场；

磁传感器捕获漏磁场在x、z轴方向的漏磁信号，然后发送给pc端，pc端对漏磁信号进行信号处理及分析，从而判断出缺陷的形状与大小。

在本实施例中，平板型被测试件的检测结果如图6所示，裂纹区域在图2中标注。可以看出，有裂纹处，传感器输出电压会变化，如图6(a)所示，X轴输出一个波峰，如图6(b)所示，Z轴传感器输出一个上下突变信号，且缺陷信息与信号一一对应。基于此达到无损检测的目的。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。