一种测量铁皮包覆层的电磁式脉冲涡流检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种脉冲涡流检测装置；特别是涉及一种电磁式脉冲涡流检测装置。


背景技术：

2.腐蚀减薄失效是造成设备故障的重要原因之一，通常采用测量壁厚减薄的方式的来评估设备的腐蚀程度。而承压设备为了保温需在设备表面包覆保温层和金属保护层。带包覆层设备通常是在停机状态下将保温层剥离，用超声等方式测量设备壁厚。检测完成后再重新装好包覆层。采用该方法工作量大、检测小效率低、成本高。脉冲涡流检测技术(pulsed eddy current testing， pect)，采用脉冲方波作为激励信号，使得激励信号具有很好的穿透性，能够穿透包覆层和金属保护层，实现在不拆除包覆层的前提下测量设备的腐蚀情况。
3.带包覆保温层设备的金属保护层材料有不锈钢、铝和镀锌铁皮。其中不锈钢和铝为非铁磁性材料，其相对磁导率较低，具有导电不导磁的特性。因此在脉冲涡流检测过程中在不锈钢或铝金属保护层中产生的涡流较小，且不影响激励线圈中激励磁场的分布，因此对检测信号的影响较小。
4.镀锌铁皮为铁磁性材料，具有高磁导率特性，脉冲涡流检测中会在其表面产生较大的涡流，且高磁导率的特性会影响激励磁场的分布，导致激励磁场无法有效穿透金属保护层，进而对检测信号造成影响。且出于成本的考虑大多数带包覆保温层设备采用铁皮作为金属保护层。外层保护层在衔接处接缝的形式有搭接、插接、咬接和嵌接等形式，实际检测中金属保护层的厚度较厚，在包覆保温层较厚的设备中，镀锌铁皮会影响激励信号的分布，激励信号无法有效穿透铁皮及包覆层，对检测信号的影响更大，不利于脉冲涡流检测。
5.通过施加外置磁场磁化镀锌铁皮，使其达到磁饱和进而降低材料的磁导率，减小对脉冲涡流检测的影响。现有的磁饱和脉冲涡流传感器，大多采用外加永磁铁的形式磁化镀锌铁皮，如：专利号cn202022970509.2一种适用于铁皮保温的脉冲涡流磁饱和探头装置；专利公开号：cn113640373a基于预磁化和扫频脉冲涡流的工件缺陷检测方法及装置；专利公开号：cn111982967a一种基于永磁铁的磁饱和脉冲涡流红外无损评价方法。永磁铁式传感器结构因永磁铁体积较大进而导致传感器的体积也变大，不利于携带；永磁铁的磁场强度有限，磁场分布不均匀，不能对检测区域充分磁化，影响检测灵敏度；永磁体会随着时间发生退磁效应，即磁场强度会越来越小，无法对镀锌铁皮等铁磁性金属保护层充分磁化，影响检测准确性与检测灵敏度；对于高温管道，永磁体的磁场强度会随温度的升高而降低，因此永磁体脉冲涡流传感器无法应用于高温保温设备；永磁铁本身都会持续产生磁场，易吸引到周围的铁磁性材质设备上，不利于存放与保管，同时检测时位移较为困难；永磁铁会吸引检测区域外的其他磁性杂质，对检测传感器的外壳造成破坏。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，提供一种适合测量铁皮包覆层的电磁式脉冲涡流
检测装置。
7.本发明所采用的技术方案是，一种测量铁皮包覆层的电磁式脉冲涡流检测装置，包括：激励信号输出模块、信号采集模块、直流源模块和传感器；所述传感器设置有激励-检测接口和电磁式接口；所述激励线圈与激励信号输出模块相连，所述检测线圈与信号采集模块相连，电磁式线圈与直流源模块相连；所述传感器外壳内依序设置有铁芯、绕制在激励线圈骨架之上的激励线圈、激励线圈屏蔽罩、绕制在检测线圈骨架之上的检测线圈、检测线圈屏蔽罩、电磁式屏蔽罩和电磁式线圈；所述检测线圈屏蔽罩和电磁式屏蔽罩之间形成屏蔽空腔。
8.所述铁芯由数根直径为0.5-2mm的细铁棒组成，细铁棒表面涂有绝缘漆；所述激励线圈骨架壁厚为0.5-3mm， 高度为10-40mm；所述激励线圈由铜质漆包线绕制成，漆包线直径为：0.1-1mm，线圈匝数为400-3000匝， 高度为10-40mm，线圈内外径差值为5-60mm，直线段长度为10-60mm，激励线圈连接激励信号输出模块；所述激励线圈屏蔽罩材料高磁导率的铁磁性材料，其内外径差值0.1-2cmm，高度为10-40mm，用于屏蔽检测线圈，减小激励线圈与检测线圈之间的耦合作用；所述检测线圈骨架壁厚为0.5-3mm，高度为10-40mm；所述检测线圈由铜质漆包线绕制，漆包线直径为：0.1-1mm，线圈匝数为400-4000， 高度为5-40mm，线圈内外径差值为5-60mm，直线段长度为10-60mm，检测线圈连接信号采集模块；所述检测线圈屏蔽罩为高磁导率的铁磁性材料制成，其内外径差值0.1-2mm，高度为10-40mm，用于屏蔽电磁式线圈，减小检测线圈与电磁式线圈之间的耦合作用；所述电磁式屏蔽罩壁厚为0.5-4mm，高度为10-50mm，聚集电磁式线圈产生的磁场；所述电磁式线圈由铜质漆包线绕制而成，漆包线直径为：0.2-2mm，线圈匝数为300-1500， 高度为10-50mm，线圈内外径差值为5-20mm，直线段长度为10-60mm；电磁式线圈连接直流源模块。
9.本发明的有益效果是，1.由于使用直流源模块为电磁式线圈通入电流产生强磁场，磁化镀锌铁皮使其达到磁饱和状态，直流源模块体积较小，电流值大小可调，因此电磁式磁场大小可控。可针对高温设备、不同包覆层厚度、镀锌铁皮厚度进行调节以保证其达到磁饱和状态，适用性强。
10.2.采用电磁式线圈产生强磁场，线圈体积较小，传感器体积较小方便携带。传感器只在工作时产生磁场其余时间无磁性，检测时方便移动检测、易于存放、不易吸附在其他设备表面、易于清理吸附在传感器上的磁性杂质。
11.3.采用高磁导率的屏蔽罩，可以降低激励线圈与检测之间的耦合效果、检测线圈与电磁式线圈之间的耦合效果，提高检测信号的灵敏度；4.在传感器中心布置了由细铁棒组成的铁芯，且细铁棒表面涂有绝缘漆。高磁导率铁芯将激励线圈中磁场聚集，提高激励磁场强度与穿透能力，提高传感器检测能力。同时采用细铁棒组成的铁芯可降低铁芯与激励线圈的发热过快、温度过高的问题。
附图说明
12.图1为本发明电磁式脉冲涡流检测装置示意图；图2a为本发明电磁式脉冲涡流传感器剖视图；图2b为本发明电磁式脉冲涡流传感器内部视图；图2c为本发明电磁式脉冲涡流传感器立体结构示意图；图3a为本发明电磁式脉冲涡流传感器在0.7mm厚镀锌铁皮包覆层8mm厚平板，镀锌铁皮磁饱和前后检测信号对比示意图；图3b为本发明电磁式脉冲涡流传感器在0.7mm厚镀锌铁皮包覆层12mm厚平板，镀锌铁皮磁饱和前后检测信号对比示意图；图3c为本发明电磁式脉冲涡流传感器在0.7mm厚镀锌铁皮包覆层15mm厚平板，镀锌铁皮磁饱和前后检测信号对比示意图。
13.图中：1.铁芯2.激励线圈骨架3.激励线圈4.激励线圈屏蔽罩5.检测线圈骨架6.检测线圈7.检测线圈屏蔽罩8.电磁式屏蔽罩9.电磁式线圈10.激励-检测接口11.电磁式接口12.传感器外壳13.传感器顶盖。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：如图1至图2c所示，本发明一种测量铁皮包覆层的电磁式脉冲涡流检测装置，包括：激励信号输出模块、信号采集模块、直流源模块和传感器；所述传感器设置有激励-检测接口和电磁式接口；所述激励线圈与激励信号输出模块相连，所述检测线圈与信号采集模块相连，电磁式线圈与直流源模块相连。
15.传感器外壳12内依序设置有铁芯1、绕制在激励线圈骨架2之上的激励线圈3、激励线圈屏蔽罩4、绕制在检测线圈骨架5之上的检测线圈6、检测线圈屏蔽罩7、电磁式屏蔽罩8和电磁式线圈9；所述检测线圈屏蔽罩7和电磁式屏蔽罩8之间形成屏蔽空腔。
16.所述铁芯1由数根直径为0.5-2mm的细铁棒组成，细铁棒表面涂有绝缘漆，细铁芯材质为高磁导率的dt4c、软磁铁氧体、硅钢片或坡莫合金等相对磁导率大于2000的铁磁性材料；高磁导率铁芯将激励线圈中磁场聚集，提高激励磁场强度与穿透能力，提高传感器检测能力。同时采用细铁棒组成的铁芯可降低铁芯与激励线圈的发热过快、温度过高的问题。
17.所述激励线圈骨架2壁厚为0.5-3mm，高度为10-40mm，激励线圈骨架材料为pla或硬塑胶材质；所述激励线圈3由铜质漆包线绕制成，漆包线直径为：0.1-1mm，线圈匝数为400-3000匝，高度为10-40mm，线圈内外径差值为5-60mm，直线段长度为10-60mm，激励线圈连接激励信号输出模块；所述激励线圈屏蔽罩4材料高磁导率的铁磁性材料，其内外径差值0.1-2cmm，高度为10-40mm，用于屏蔽检测线圈6，减小激励线圈3与检测线圈6之间的耦合作用；所述检测线圈骨架5壁厚为0.5-3mm，高度为10-40mm，检测线圈骨架材料为pla或硬塑胶材质；
所述检测线圈6由铜质漆包线绕制，漆包线直径为：0.1-1mm，线圈匝数为400-4000， 高度为5-40mm，线圈内外径差值为5-60mm，直线段长度为10-60mm，检测线圈连接信号采集模块；所述检测线圈屏蔽罩7由高磁导率的铁磁性材料制成，其内外径差值0.1-2mm，高度为10-40mm，用于屏蔽电磁式线圈9，减小检测线圈6与电磁式线圈9之间的耦合作用，提高检测信号的灵敏度；所述电磁式蔽罩8由高磁导率的铁磁性材料制成，壁厚为0.5-4mm，高度为10-50mm，聚集电磁式线圈产生的磁场，提高电磁式线圈的磁场强度，同时屏蔽检测线圈6，减小电磁式线圈9与检测线圈6之间的耦合作用；所述电磁式线圈9由铜质漆包线绕制而成，漆包线直径为：0.2-2mm，线圈匝数为300-1500， 高度为10-50mm，线圈内外径差值为5-20mm，直线段长度为10-60mm；电磁式线圈连接直流源模块。采用电磁式线圈产生强磁场，线圈体积较小，传感器体积较小方便携带。传感器只在工作时产生磁场其余时间无磁性，检测时方便移动检测、易于存放、不易吸附在其他设备表面、易于清理吸附在传感器上的磁性杂质。
18.所述传感器外壳12由pla或硬塑胶材质制作而成，传感器外壳12通过传感器顶盖13形成密封状态，传感器外壳12侧面设置有两个接口，分别为激励-检测接口10和电磁式接口11；所述激励线圈与激励信号输出模块相连，所述检测线圈与信号采集模块相连，电磁式线圈与直流源模块相连，即一个用于激励线圈与激励信号输出模块的连线和接收线圈与信号采集模块的连接、一个用于电磁式线圈与直流源模块的连接。
19.本技术示意图中传感器壳体内的部件均为跑道型，值得指出的是，部件形状不限于跑道型，也可以是圆柱形、矩形、椭圆型等形状，本领域技术人员可以通过传感器外形而设计与之相适配的内部部件形状。
20.实施例：如图2a至2c所示，一种测量铁皮包覆层的电磁式脉冲涡流检测装置，激励信号输出模块、信号采集模块、直流源模块和传感器；所述传感器设置有激励-检测接口和电磁式接口；所述激励线圈与激励信号输出模块相连，所述检测线圈与信号采集模块相连，电磁式线圈与直流源模块相连。使用直流源模块为电磁式线圈通入电流产生强磁场，磁化镀锌铁皮使其达到磁饱和状态，直流源模块体积较小，电流值大小可调，因此电磁式线圈产生的磁场大小可控。可针对高温设备、不同包覆层厚度、镀锌铁皮厚度进行调节以保证其达到磁饱和状态，适用性强。
21.传感器内置铁芯1由直径为1mm的细铁棒组成，且各个细铁棒外表面涂有绝缘漆。采用高磁导率的dt4c材质制成，用于聚集激励线圈产生的激励磁场，提高单位面积内激励磁场的磁场强度，提高激励信号的穿透能力与检测信号的幅值。组成后铁芯长40mm、宽8mm、高度19mm。
22.激励线圈骨架2，采用pla或硬塑胶材质组成，壁厚2mm，高度为：19mm，用于绕制激励线圈。
23.激励线圈3，采用铜质漆包线绕制而成，漆包线的直径为0.4mm，线圈匝数为1600匝，高度为19mm，线圈内外径差值为14mm，直线段长度为40mm。激励线圈通过传感器的激励-检测接口10连接脉冲涡流检测装置的激励信号输出模块。
24.激励线圈屏蔽罩4为跑道型外壳，由高磁导率的材质制作而成，壁厚为0.5mm，高度为20mm。用于屏蔽检测线圈，减小激励线圈与检测线圈之间的耦合作用。
25.检测线圈骨架5，采用pla或硬塑胶材质组成，壁厚2mm，高度为20mm，用于绕制检测线圈。
26.检测线圈6，采用铜质漆包线绕制而成，漆包线的直径为0.2mm，线圈匝数为1800匝，高度为20mm， 线圈内外径差值为10mm，直线段长度为40mm。激励线圈通过传感器的激励-检测接口10连接脉冲涡流检测装置的信号采集模块。
27.检测线圈屏蔽罩7为跑道型外壳，由高磁导率的材质制作而成，壁厚为0.5mm，高度为20.5mm。用于屏蔽电磁式线圈，减小检测线圈与电磁式线圈之间的耦合作用。
28.电磁式屏蔽罩8为跑道型外壳，由高磁导率的材质制作而成，壁厚为2mm，高度为20.5mm，用于聚焦电磁式线圈产生的磁场，提高电磁式线圈的磁场强度，同时屏蔽检测线圈，减小电磁式线圈与检测线圈之间的耦合作用。
29.电磁式线圈9，采用铜质漆包线绕制而成，漆包线的直径为0.4mm，线圈匝数为1000匝，高度为18mm，其内外径差值为8mm直线段长度为40mm。电磁式线圈通过传感器电磁式接口11连接着脉冲涡流检测装置的直流源模块。
30.传感器外壳12为跑道型，由pla或硬塑胶材质制作而成，将整个传感器至于外壳中；传感器顶盖13处于密封关闭状态，在外壳的侧面设有激励—检测接口10连接着脉冲涡流检测系统的激励信号输出模块与信号采集模块与电磁式接口11连接着脉冲涡流检测系统的直流源模块。
31.分别将激励-检测接口10与电磁式接口11连接脉冲涡流检测装置，脉冲涡流检测装置连接计算机。再将连接好的传感器至于被测设备的校准区。通过计算机设置直流源模块输出的电流值，直流源模块驱动电磁式线圈9产生稳定的磁场，经过0.5s磁化镀锌铁皮。之后激励信号输出模块发送方波信号至激励线圈3，由输入激励线圈3中的方波激励信号在阶跃时，会在激励线圈中产生变化磁场，变化磁场在被试试件表面感生出连续变化的涡流，变化的涡流在试件内部衰减，进而产生出感应磁场，通过检测线圈6将被试设备感生的磁场转化为电压信号，通过信号采集模块传输值计算机中。
32.通过调节直流源模块输出的电流值，重复上述流程，比较不同电流值下的检测信号，直至检测信号不随电流值改变，表明此时的镀锌铁皮已达到磁饱和。选取镀锌铁皮达到磁饱和的最小电流值，作为磁化电流值，采集此时的检测信号作为脉冲涡流校准信号。
33.将电磁式脉冲涡流检测传感器放置于检测区检测，比较校准信号与检测信号，即可获取检测区域的腐蚀程度，实现镀锌铁皮包覆层设备在不停机下腐蚀程度的定量检测。
34.其中通过调节直流源模块的电流值，使镀锌铁皮磁饱和。电流值大小可调，因此电磁式线圈9磁场大小可控。可针对不同包覆层厚度、镀锌铁皮厚度进行调节以保证其达到磁饱和状态，适用性强。
35.通过内置铁芯1提高了激励磁场的磁场强度，提高了检测信号的幅值。可聚集激励磁场，从而提高检测能力。此外铁芯1由细铁棒组成，且细铁棒表面涂有绝缘漆。降低铁芯与激励线圈的发热过快、温度过高的问题。
36.通过激励线圈屏蔽罩4与检测线圈屏蔽罩7，减小了激励线圈3与检测线圈6的耦合作用、检测线圈6与电磁式线圈9的耦合作用，从而提高了检测信号的灵敏度。
37.如图3a至3c所示，分别为电磁式脉冲涡流检测传感器在0.7mm厚镀锌铁皮包覆层下8mm厚平板、12mm厚平板与15mm厚平板，镀锌铁皮磁饱和前后检测信号对比。
38.可以看出镀锌铁皮磁饱和后的检测信号比未磁化时衰减速率明显放缓，信噪比较高。这是由于镀锌铁皮未磁化时，会对激励磁场与检测信号产生干扰，改变了检测信号的衰减速率。通过电磁式磁饱和镀锌铁皮，降低镀锌铁皮的相对磁导率。进而减小对激励信号与检测信号的干扰。
39.本发明的工作过程是，首先将电磁式脉冲涡流传感器放置在镀锌铁皮包覆层设备的校准区域正上方，调节直流源模块的电流值，直流源模块提供直流电给电磁式线圈，使得电磁式线圈中的电流达到100-1000a，可持续0.5-4s。此时在大电流的作用下，电磁式线圈产生的磁场强度大小为0.1t~2t，磁化镀锌铁皮从而可以降低镀锌铁皮的相对磁导率。
40.直流源模块持续输入0.5s后校准区镀锌铁皮磁化，且已达到稳定状态。由激励信号输出模块产生一定频率的方波信号，经过功放板放大后，输入到激励线圈中，其中方波信号的周期为0.05s~2s。
41.由输入激励线圈中的方波激励信号在阶跃时，会在激励线圈中产生变化磁场，变化磁场在被测试件表面感生出连续变化的涡流，变化的涡流在试件内部衰减，进而感生出感应磁场，通过检测线圈将被测试件感生的磁场转化为电压信号。
42.通过调节直流源模块输出的电流值，重复上述流程，比较不同电流值下的检测信号，直至检测信号不在随电流值改变，表明此时的镀锌铁皮已磁饱和。选取镀锌铁皮达到磁饱和的最小电流值，作为磁化电流值。采集此时的检测信号作为脉冲涡流的校准信号。
43.将电磁式脉冲涡流检测传感器放置于检测区检测，通过比较校准信号与检测信号，即可获取检测区域的腐蚀程度，实现镀锌铁皮包覆层设备在不停机下腐蚀程度的定量检测。
44.本发明的工作原理是，通过脉冲涡流检测设备在电磁式线圈中通过适当的电流形成强磁场，磁化被检区域的镀锌铁皮保护层使其达到磁饱和状态。对激励线圈施加方波激励信号，完成脉冲涡流检测。从而达到减小镀锌铁皮保护层对检测信号的干扰，提高脉冲涡流检测的精度与准确性。
45.值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。