交流漏磁检测系统设计及实验研究

　　漏磁检测法是铁磁性材料探伤的常用方法,具有检测速度快、实施方便、易实现自动化等特点。传统漏磁检测一般采用直流磁化或永磁磁化[1-3],本文介绍的交流漏磁检测方法采用交流磁场磁化被测构件,容易实现检测探头的一体化、微型化和多样化。

　　1　检测原理

　　交流漏磁检测原理与直流或永磁漏磁检测一样。不同的是交流漏磁检测的磁化采用了交变的磁场,因而,其磁化器和检测信号的处理方式不同。交流漏磁 检测时必然存在集肤效应,磁化的磁场将集中于被测工件的表层,该检测方法对表面或表层缺陷敏感,与涡流探伤相仿,探伤的深度随着交流场频率的提高而减小。

　　2　交流漏磁检测系统

　　如图1所示,交流漏磁检测系统包括检测探头、激励电路、信号处理电路、A/D采集卡、信号分析软件等。激励电路产生一定频率的交流电供给检测探头中的磁化器,霍尔元件检测的信号经调理电路后送至A/D采集卡,最后由计算机对数字信号分析并记录信号波形。

　　2.1　激励电路设计

　　由于缺陷检测信号有一定的频率带范围且被激励的交流磁场所调制,为了得到不失真的缺陷信号,交流磁场的频率高一些较好[4]。本文选择3.9 kHz的频率,激励电路如图2所示。图中,X1为500 kHz的晶振,通过U1、U2进行128倍分频,然后经过带通滤波器(U3为主)使方波变为正弦波,最后通过U4进行功率放大后输出。

　　2.2　探头结构设计

　　在交流漏磁检测法中,要使缺陷产生出漏磁信号,应当选择合适的磁化强度,强度不够则无法得到缺陷信号。本实验中,采用软磁铁氧化体为磁芯,在磁 芯上绕制一定匝数的线圈,并在线圈中通以交流电[5-6]。磁化强度的大小由线圈匝数调节。使用集成霍尔元件A3503检测漏磁场。根据检测对象和结构的 不同,改变霍尔元件的放置方式,有水平放置和垂直放置两种。为了增大探头的有效扫描宽度,实际应用中往往采用阵列霍尔元件[7]。

　　2.3　信号调理电路

　　信号调理电路包括放大、检测、滤波等,连接霍尔元件的输出信号,经过多级电压放大后,通过包络检波得到缺陷信号,最后再通过有源二阶滤波后输出至A/D采集卡。

　　3　实验及结果分析

　　为验证交流漏磁检测系统的有效性,对钻杆螺纹中的裂纹、铁板矩形裂纹、盲孔、抽油杆上的腐蚀坑、抽油杆横向裂纹分别进行检测,图5中的缺陷信号 为检测探头来回扫描的结果。图3(a)为钻杆螺纹根部0.3 mm深×0.1 mm宽×15 mm长缺陷的检测信号,螺纹型式为NC50,管体尺寸Φ127 mm;图3(b)为铁板上0.5 mm深×0.5 mm宽的矩形缺陷的检测信号;图3(c)为铁板上Φ2 mm×1 mm盲孔的检测信号;图3(d)为抽油杆上腐蚀坑的检测信号;图3(e)为抽油杆上2 mm深×0.5 mm宽的横向裂纹的检测信号。