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        基于交變磁場測量技術(shù)的裂紋缺陷定量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2012-10-23 04:59:34史洪源陳金貴任尚坤
        無損檢測 2012年10期
        關(guān)鍵詞:磁芯磁場線圈

        史洪源,陳金貴,任尚坤

        (1.南昌航空大學(xué) 無損檢測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330063;2.廈門艾帝爾電子科技有限公司,廈門 361008)

        交變磁場測量技術(shù)又稱ACFM(Alternative current field measurement),交變磁場檢測和渦流檢測技術(shù)是兩種常用的對金屬整體結(jié)構(gòu)評價(jià)的無損檢測方法[1]。在待測工件中通以交變電流,此時(shí)工件表面外空間產(chǎn)生交變磁場,若工件表面存在裂紋等缺陷,勢必對電流分布產(chǎn)生影響,從而影響到磁場分布[2],測量這個(gè)磁場變化,就能確定裂紋的長度和深度。由于檢測是非接觸的,ACFM法對工件表面狀況要求不高,甚至不需要去除油漆等抗腐蝕介質(zhì)和涂層,同時(shí)不需要標(biāo)定試塊,因此在結(jié)構(gòu)的在役檢測等方面起著越來越重要的作用[3]。

        1 交變磁場檢測原理

        在ACFM技術(shù)中,可以測量工件表面感應(yīng)磁場磁通密度的三個(gè)分量,沿裂紋長度方向的x分量記做Bx,其與電流方向垂直,與工件表面平行;y分量為寬度分量,記做By,與電流方向一致;z分量為Bz,沿工件法向垂直工件表面。當(dāng)缺陷長度方向也與電流方向垂直時(shí),x分量的方向?qū)⑴c缺陷長度方向平行。在仿真建模時(shí),由于工件相對于激勵(lì)場來說可以看作無限大,因此為了方便建模和數(shù)據(jù)提取,模型中選取的計(jì)算區(qū)域長度與缺陷長度方向一致,寬度與缺陷寬度方向一致,高度與缺陷深度方向一致,如圖1所示。

        2 裂紋定量計(jì)算基礎(chǔ)

        圖1 ACFM缺陷檢測原理示意圖

        根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)工件表面沒有缺陷時(shí),感應(yīng)電流均勻分布,分量By和Bz的值為零,磁場在x軸方向均勻分布并與電流方向垂直。當(dāng)電流經(jīng)過含缺陷工件表面時(shí),電流向缺陷兩端和底面偏轉(zhuǎn),使流經(jīng)缺陷面的電流強(qiáng)度減小,缺陷越深的地方,電流線越稀疏,感應(yīng)磁場磁通密度值也就越小;另外,電流在缺陷兩端聚集,勢必使缺陷兩端點(diǎn)處的磁通密度處于極大值。當(dāng)探頭沿著缺陷表面進(jìn)行掃描時(shí),Bx軸出現(xiàn)一個(gè)寬凹陷區(qū),By和Bz出現(xiàn)高幅值的波峰和波谷,如圖1所示。由于By的數(shù)量級較小,因此在不需要特殊處理的情況下,探頭只需測量Bx和Bz分量即可判定缺陷的存在。

        根據(jù)大量仿真數(shù)據(jù),總結(jié)出缺陷定量計(jì)算有三條規(guī)律:①Bz峰-峰值間距長度具有線性遞增變化關(guān)系,缺陷深度不影響該特征值。② 在缺陷深度相同的情況下,Bx的靈敏度隨缺陷長度呈線性遞減變化。③ 在缺陷長度相同的情況下,Bx的靈敏度隨缺陷深度的增加而增加,呈單調(diào)遞增關(guān)系[4]。

        基于以上三條規(guī)律,借助插值算法的思想,可以建立一種簡單的對缺陷實(shí)時(shí)檢測的反演算法。該算法輸入為由原始信號得到的特征向量:Bz峰值間距和Bx的靈敏度;輸出為缺陷的長度和深度。采用如下記號:Lo為反演得到的缺陷長度(mm);Do為反演得到的缺陷深度(mm);Lz為測試信號的Bz峰值間距(mm);Sx為測試信號的Bx靈敏度(%)。算法的過程如下:① 根據(jù)規(guī)律一,由Lz經(jīng)插值得到Lo。② 根據(jù)規(guī)律二,由Lo經(jīng)插值得到不同D對應(yīng)的Sx。③ 根據(jù)規(guī)律三,根據(jù)長度為Lo時(shí)D-Sx的關(guān)系,由Sx插值得到Do。至此,由Sx和Lz,得到了Lo和Do,實(shí)現(xiàn)了尺寸反演[5]。

        3 裂紋定量檢測系統(tǒng)

        裂紋檢測系統(tǒng)分為探頭部分、硬件部分和軟件部分三大部分。探頭部分由激勵(lì)探頭和檢測探頭兩部分組成。硬件部分則主要由信號發(fā)生電路、功率放大電路、信號調(diào)理電路組成。軟件部分控制數(shù)據(jù)采樣速率、信號頻率幅值、增益大小等(圖2)。

        圖2 ACFM定量檢測系統(tǒng)圖

        3.1 激勵(lì)探頭設(shè)計(jì)

        在ACFM檢測系統(tǒng)中,激勵(lì)探頭由骨架和激勵(lì)線圈組成。激勵(lì)探頭能夠在被檢工件表面感應(yīng)出的勻強(qiáng)電流強(qiáng)度越大,則出現(xiàn)裂紋時(shí),空間的擾動(dòng)磁場強(qiáng)度越大。

        增加激勵(lì)線圈的匝數(shù)或者增加線圈電流都可以加大激勵(lì)線圈的磁場強(qiáng)度,而如果在激勵(lì)線圈中加入磁芯,工件表面的激勵(lì)電流密度、磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無磁芯線圈激勵(lì)的情況[6-7]。

        U型磁芯和矩形磁芯都能夠加大磁感應(yīng)強(qiáng)度,但是U型磁芯的聚磁能力更好,空間中泄露的磁場要比矩形磁芯小。因此為了在相同的激勵(lì)條件下獲得比較強(qiáng)的感應(yīng)電磁場,采用在較弱磁場下易磁化也易退磁的錳鋅鐵氧體磁芯作為激勵(lì)探頭骨架。

        綜合以上各種因素,激勵(lì)磁芯采用U型錳鋅鐵氧體,磁芯上部尺寸為60mm×18mm×18mm,腿部尺寸為18mm×18mm×35mm,激勵(lì)線圈尺寸為60mm×20mm×20mm,用線徑為0.7mm漆包銅絲緊密纏繞150匝。

        3.2 檢測探頭設(shè)計(jì)

        由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,閉合線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢ε與穿過該線圈的磁通的時(shí)間變化率dφ/dt成正比[7]:

        為了使檢測線圈得到較大的輸出信號,需要考慮線圈常數(shù)NS,其中N為線圈匝數(shù),S為檢測探頭橫截面積,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,d為檢測探頭內(nèi)徑,D為外徑。系統(tǒng)采用的檢測線圈是多層結(jié)構(gòu)(圖3),其線圈常數(shù)表達(dá)式為[8]:

        綜合考慮空間點(diǎn)磁場的測量和保證檢測靈敏度的要求,所設(shè)計(jì)的Bx,Bz探測線圈尺寸應(yīng)滿足[5]:

        圖3 檢測探頭形狀

        因此設(shè)計(jì)檢測線圈時(shí)需要綜合考慮線圈常數(shù)和線圈骨架,以使檢測到的信號為點(diǎn)信號且信號強(qiáng)。

        3.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

        檢測系統(tǒng)的硬件電路主要由模擬前端和由FPGA控制的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)控制的人機(jī)接口、報(bào)警單元、存儲單元、顯示部分組成(圖4)。模擬前端包括正弦信號發(fā)生、檢測探頭、前置放大、濾波、平衡濾波、可調(diào)增益放大等。檢測時(shí),由計(jì)算機(jī)控制和改變硬件電路以產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦電壓,激勵(lì)探頭在被測試塊上感應(yīng)出勻強(qiáng)渦流,檢測線圈檢測渦流擾動(dòng)產(chǎn)生的信號變化,以電壓信號的形式傳送給檢測電路。信號通過一系列的前置處理,通過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行軟件處理,軟件處理后的信號將在顯示屏上顯示出來。

        圖4 系統(tǒng)硬件功能框圖

        激勵(lì)信號模塊分為信號發(fā)生和功率放大兩部分,正弦信號采用直接數(shù)字合成(Direct Digital Synthesis,DDS)。具體采用FPGA控制 AD9851直接生成需要的正弦信號。AD9851是AD公司采用先進(jìn)DDS(直接數(shù)字合成)技術(shù),推出的具有高集成度DDS電路的器件,它內(nèi)部包含高速、高性能D/A轉(zhuǎn)換器及高速比較器,可作為全數(shù)字編程控制的頻率合成器和時(shí)鐘發(fā)生器[9]。

        用于DDS合成的信號比較小,不能直接驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈工作,因此還需要后置功率放大電路。功率放大電路需要注意以下幾個(gè)方面的問題[10]:要求輸出功率盡可能大、效率更高、非線性失真要小、功率器件的散熱問題。系統(tǒng)采用甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路(圖5)。

        圖5 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路

        由檢測線圈檢測到的信號比較小,因此首先應(yīng)將信號放大,以便后續(xù)處理。因?yàn)闄z測線圈容易受到周圍環(huán)境的電磁信號影響,使得檢測到的信號中常常包含許多雜波,因此信號調(diào)理電路需要對檢測到的差分信號做進(jìn)一步的濾波處理。

        對于信號調(diào)理電路處理的信號需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入主機(jī)電腦才能完成進(jìn)一步的處理和顯示。

        3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        圖6 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

        系統(tǒng)軟件分4層設(shè)計(jì),分別為設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)OS層、應(yīng)用程序?qū)雍腿藱C(jī)接口層,具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中設(shè)備驅(qū)動(dòng)層包括A/D、D/A和通信接口等部分;OS層選用windows操作系統(tǒng),應(yīng)用程序?qū)咏⒃谠O(shè)備驅(qū)動(dòng)層和人機(jī)接口層之上,包括數(shù)據(jù)采集后的濾波程序、平衡算法、渦流信號特征值的擬和、整個(gè)儀器的校正;人機(jī)接口層為儀器的顯示界面,諸如檢測結(jié)果和檢測頻率、增益、相位等參數(shù)的顯示。

        4 試驗(yàn)及結(jié)果分析

        在完成整個(gè)電路搭建及軟件測試后,配以自制探頭,并根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)制作了試塊。被檢試塊為45號低碳鋼,尺寸為450mm×150mm×10mm,電阻率為1.1×10-7Ω·m,相對磁導(dǎo)率為210.0;激勵(lì)信號頻率選用6000Hz。在鋼板上分別刻上(長度×深度)50mm×5mm,20mm×2mm的裂紋(圖7)。

        圖7 試塊示意圖

        試驗(yàn)操作平臺如圖8所示,檢測結(jié)果如圖9所示。

        圖8 試驗(yàn)操作平臺

        圖9為對長度分別為20mm和50mm的兩條裂紋的檢測結(jié)果。顯示界面左側(cè)上下兩部分分別為對Bx,Bz檢測得到的時(shí)基線,右側(cè)為有裂紋缺陷時(shí)的蝶形圖。在沿裂紋掃描時(shí),左側(cè)的Bx,Bz信號隨著探頭的移動(dòng)變化,同時(shí)在右側(cè)畫出蝶形圖,并通過軟件計(jì)算出了裂紋長度和深度,同步顯示在界面上。表1為實(shí)測數(shù)據(jù)分析,其中相對誤差為測量的絕對誤差占真實(shí)值的百分比。

        圖9 不同裂紋檢測結(jié)果

        表1 測得數(shù)據(jù)分析

        可以看出,裂紋測長時(shí),長度越長深度越深的裂紋測得的誤差就越小,且對于長度的測量誤差小于深度的測量誤差。

        [1]Salemi A H,Sadeghi S H H,Moini R.Thin-skin analysis technique for interaction of arbitrary-shape inducer field with long cracks in ferromagnetic metals[J].NDT&E Int,2004,37(6):471-479.

        [2]Lewis A M,Collins R,Michael D H.The thin-skin electromagnetic field near a surface crack in a ferromagnetic metal[C].In:Thompson DO,Chimenti DE,Editors.Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation.New York:Plenum,1990(9A):273-280.

        [3]陳建忠,史耀武.無損檢測交變磁場測量法[J].無損檢測,2001,23(3):96-99.

        [4]任尚坤,朱志斌,林天華,等.擾動(dòng)磁場檢測技術(shù)中裂紋磁場信號的反演[J].無損檢測,2010,32(2):86-89.

        [5]李偉.基于交流電磁場的缺陷智能可視化檢測技術(shù)研究[D].東營:中國石油大學(xué)(華東),2007.

        [6]邱關(guān)源.電路[M].北京:高等教育出版社,1999.

        [7]任吉林,林俊明.電磁無損檢測[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

        [8]張玉華.金屬平板表面缺陷擾動(dòng)的磁場量分布研究[D].長沙:國防科技大學(xué),2003.

        [9]郭勇,肖明清,譚靖,等.DDS芯片AD9851及其應(yīng)用[J].電子技術(shù),2001(2):54-56.

        [10]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

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