專利名稱：一種電磁超聲與漏磁復合的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無損檢測方法，尤其是涉及一種基于電磁超聲和漏磁復合的檢測方法。
背景技術：
隨著漏磁方法在儲罐、管道等鋼板檢測的廣泛應用，對缺陷深度的定位越來越重 要。一方面，有利于在探傷報告中對腐蝕缺陷的成因進行精確描述；另一方面，隨著腐蝕內、外壁層次(即深度)的定位，更能精確評價檢測信號，提高檢測結果的量化精度。目前廣泛使用的漏磁檢測方法，由于可在被測鋼板兩側均會產生相似的漏磁場，因此難以對腐蝕發(fā)生的具體深度進行評估。而針對漏磁檢測內、外壁區(qū)分方法，國外均采用信號濾波處理的思路來實現(xiàn)。但事實上，引起信號頻率特征變化的不僅僅是腐蝕的位置，檢測的速度及腐蝕的幾何形狀等也會反映到信號波形和頻率上，因此信號濾波處理的傳統(tǒng)思路效果不理想，準確率徘徊在50%，難以在實際工程應用中推廣。中國專利CN101354380A公開一種渦流、電磁超聲組合式無損檢測方法，該方法利用渦流檢測對于被測對象表面和亞表面的缺陷靈敏，以及相比于渦流檢測法，電磁超聲可以檢測厚度厚得多的材質。通過將渦流檢測和電磁超聲檢測相結合，實現(xiàn)了被測對象檢測結果的相互檢驗，同時也可以相互補償，從而實現(xiàn)檢測被測對象表面和更深度缺陷的目的。但是，該方法只能得到被測對象表面有無缺陷的信息以及被測對象表面及其以下深度的信息，無法獲知缺陷的實際形態(tài)信息。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種電磁超聲與漏磁復合檢測裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種電磁超聲與漏磁復合檢測方法所述電磁超聲與漏磁復合檢測裝置設有磁芯、永磁體、EMAT激發(fā)線圈、EMAT檢測線圈、漏磁檢測元件，所述永磁體固定于磁芯較細的一端，EMAT激發(fā)線圈、EMAT檢測線圈固定于永磁體的正下方和待測鋼板上方；所述漏磁檢測元件固定于探頭兩端的中間并置于待測鋼板上方。所述磁芯可采用L型磁芯或U形磁芯等。所述電磁超聲與漏磁復合檢測方法，采用所述電磁超聲與漏磁復合檢測裝置，所述檢測方法包括以下步驟I)將電磁超聲與漏磁復合檢測裝置置于待測鋼板表面，并按設定的提離值Hl對待測鋼板進行掃描檢測，其中，永磁體、EMAT激發(fā)線圈、EMAT檢測線圈及待測鋼板構成電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,簡稱EMAT),電磁超聲換能器是一種在導體中激勵和接收超聲波的換能裝置；2)在EMAT激發(fā)線圈中施加激勵信號,從而形成垂直于待測鋼板表面入射的電磁超聲波，電磁超聲波向待測鋼板另一側傳播，遇到待測鋼板外壁時，將產生超聲回波，同時，在永磁體的作用下，待測鋼板被局部磁化至飽和狀態(tài)，這時在缺陷處將產生漏磁場；3)通過EMAT檢測線圈拾取步驟2)中產生的超聲回波，同時，利用漏磁檢測元件以設定的提離值H2對步驟2)中產生的漏磁場進行測量，將拾取到的超聲回波信號與漏磁檢測元件的輸出信號(即漏磁信號)送入信號處理單元中；4)分別對送入超聲回波信號通道中的回波信號和送入漏磁信號通道中的漏磁信號進行放大和濾波處理，再將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉換器轉換成數(shù)字信號后，分別送入信息處理系統(tǒng)；
5)在信息處理系統(tǒng)中，將接收到的數(shù)字信號進行分析處理后，得到超聲回波信號與漏磁信號的波形圖，由于信號不同步，通過對漏磁信號時域平移來達到兩種信號同步顯示的目的；6)進一步將步驟5)中處理后的兩種反映缺陷不同信息的信號波形圖像處理成可以顯示在同一界面的同步信號顯示在顯示器上，設定好第一個回波幅值的下限閾值AO以及接收到第一個回波所用時間的下限閾值TO ；7)在有漏磁信號的前提下，對超聲回波信號圖像進行分析，將得到的第一個回波信號的幅值A和所用時間T與設定閾值AO和TO進行比較；若A〈A0，則缺陷位于鋼板的內壁；若T〈T0，則缺陷位于鋼板的外壁或內部；再通過對漏磁信號圖像的分析，采用常規(guī)漏磁檢測分析方法獲得缺陷的形態(tài)信息，從而可同時實現(xiàn)缺陷實際形態(tài)的獲知和內、外壁層次(即深度)的定位，重構出缺陷實際形態(tài)與深度，完成一次對缺陷的檢測。在步驟I)中，所述EMAT激發(fā)線圈與EMAT檢測線圈可以分別由兩個線圈制作而成，也可以是一個收發(fā)一體式線圈。在步驟3)中，所述信號處理單元可設有超聲回波信號通道、漏磁信號通道、放大濾波模塊、A/D轉換器及信息處理系統(tǒng)。在步驟4)中，所述信息處理系統(tǒng)可采用單片機、DSP、PC機等。所述提離值Hl可為I 4mm, H2為0. 2 3mm ;所述電磁超聲信號在常規(guī)漏磁檢測信號采樣的間隙中激發(fā)；所述激勵信號采用頻率為50kHf 2MHz的正弦波脈沖激勵信號；所述漏磁檢測元件為磁敏感元件。本發(fā)明在漏磁檢測的基本原理上，增加能產生動態(tài)交變磁場的EMAT激發(fā)線圈及接收超聲回波的EMAT檢測線圈；采用了一種探測冗余的方案，即根據(jù)漏磁和電磁超聲兩種無損檢測方法的特點，對同一缺陷利用兩個獨立檢測單元進行探測。利用電磁超聲的提離效應和超聲波回波測量原理，從電磁超聲回波信號中得到缺陷的深度信息，從而利用兩種檢測方法所提供信息的“互補性”，在漏磁檢測的基礎上有效地實現(xiàn)內、外壁層次的定位，實現(xiàn)缺陷實際形態(tài)和深度信息的同時獲知。另外，電磁超聲和漏磁檢測均屬于“非接觸”無損檢測技術，因此兩種技術復合而成的無損檢測新技術仍是“非接觸”型的，能滿足實際檢測的要求。本發(fā)明還具有結構簡單、測量快捷方便、無需耦合劑等特點。


圖I為電磁超聲與漏磁復合的檢測原理圖；其中細方向線表示磁力線，粗方向線表示EMAT線圈激發(fā)的垂直入射超聲波。
圖2為鋼板無缺陷時利用電磁超聲檢測缺陷原理示意圖。圖3為鋼板無缺陷時的EMAT檢測線圈接收到的信號波形u_t圖。在圖3中，u為接收到的超聲回波幅值(mV)，t為時間(U S)。圖4 為缺陷位于鋼板內壁時利用電磁超聲檢測缺陷原理不意圖。圖5為缺陷位于鋼板內壁時的EMAT檢測線圈接收到的信號波形u_t圖。在圖5中，u為接收到的超聲回波幅值(mV)，t為時間(U S)。圖6為缺陷位于鋼板外壁或內部時利用電磁超聲檢測缺陷原理意圖。圖7為缺陷位于鋼板外壁或內部時的EMAT檢測線圈接收到的信號波形u-t圖。在圖7中，u為接收到的超聲回波幅值(mV)，t為時間(U S)。圖8和圖9為利用漏磁檢測缺陷原理圖。在圖I 9中，各標記為L型磁芯I，永磁體2，EMAT激發(fā)線圈3，漏磁檢測元件4，待測鋼板5，提離值Hl，提離值H2，掃查方向A，垂直入射超聲波及回波B，磁力線C。
具體實施例方式下面結合附圖來進一步說明本發(fā)明提供的檢測方法圖I為該方法檢測裝置原理圖。本發(fā)明的檢測裝置主要由L型磁芯I、永磁體2、EMAT激發(fā)線圈3(同時也作為EMAT檢測線圈)、漏磁檢測元件4組成。永磁體2固定于L型磁芯較細的一端。EMAT激發(fā)線圈3固定于永磁體2的正下方，并以一定的提離值Hl置于待測鋼板5上方。漏磁檢測元件4固定于探頭兩端的中間，并以一定的提離值H2置于待測鋼板5上方。本發(fā)明方法的檢測原理是在漏磁檢測的基本原理上，增加能產生動態(tài)交變磁場的EMAT激發(fā)線圈及接收超聲回波的EMAT檢測線圈，利用電磁超聲的提離效應和超聲波回波測量原理，從電磁超聲回波信號中得到缺陷的深度信息，實現(xiàn)內、外壁缺陷層次的定位。再結合漏磁檢測信號，采用常規(guī)漏磁檢測分析方法獲知缺陷形態(tài)信息，達到重構缺陷實際形態(tài)和深度的目的。電磁超聲檢測部分,如圖2 7所示，利用EMAT激發(fā)線圈3激發(fā)的垂直入射超聲波對被測鋼板5進行檢測。無缺陷時，入射波碰到底面后產生回波，如圖2和3所示；當缺陷位于被測鋼板內表面時，相當于改變了 EMAT激發(fā)線圈的提離值，從而改變了被測鋼板表面形成渦流的強度，亦會明顯影響所激發(fā)電磁超聲的強度，此時EMAT檢測線圈檢測到的第一個回波幅值小于無缺陷情況下的第一個回波幅值，如圖4和5 ;當缺陷位于被測鋼板外表面或內部時，主要影響的是超聲回波的作用時間，相比于無缺陷情況，EMAT檢測線圈將會提前檢測到第一個超聲回波，如圖6和7。通過對EMAT檢測線圈得到的信號進行分析處理可獲知缺陷的深度信息。漏磁檢測部分，如圖8和9所示，永磁體將被測鋼板5磁化至飽和狀態(tài)時，內表面和外表面缺陷都能激發(fā)出漏磁信號，漏磁信號因缺陷的形態(tài)不同而不同，且都能被置于內表面上方的漏磁檢測元件4檢測到。利用一排緊密排列的漏磁檢測元件采集漏磁信號，將采集到的漏磁信號利用常規(guī)漏磁檢測方法進行分析處理可獲知缺陷的形態(tài)信息。由于電磁超聲和漏磁對偏置磁場的方向要求不同,EMAT線圈和漏磁檢測兀件在探頭結構上的位置也有所差別。因此，當探頭在如圖I所示的掃查方向運動時，對于同一缺陷，漏磁檢測的信號存在一定固定的滯后。這個問題可以在檢測信號后處理時，通過信號時域平移來解決。將兩種信號同步之后，通過分析獲得的電磁超聲信號和漏磁信號，便可重構缺陷的實際形態(tài)和深度信息，并有效地區(qū)分內、外壁缺陷。實施例選取厚度為8mm的Q235鋼板作為檢測對象,永磁體選擇長50mm,寬30mm,厚20mm的N35釹鐵硼。EMAT激發(fā)線圈(同時也作為EMAT檢測線圈)采用印刷電路(PCB)制作的折線線圈，PCB板厚為1mm，線寬為0. 5mm。將探頭結構以2mm的提離值置于待測鋼板的上方，用型號為AH3503的霍爾元件作為漏磁檢測元件，以Imm的提離值測量鋼板表面的漏磁場。以一定的檢測速度(4m/min)對鋼板進行掃描檢測。在漏磁檢測信號采樣的間隙往EMAT激發(fā)線圈中施加IMHz的正弦波脈沖信號，并用EMAT檢測線圈檢測回波信號。將EMAT檢測線圈檢測到的超聲回波信號和霍爾元件檢測到的漏磁信號分別送入不同通道后進行放大濾 波處理，再將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉換器轉換成數(shù)字信號后，分別送入PC機進行處理并在顯示器上同步顯示出信號波形。設定無缺陷情況時，第一個回波幅值的下限閾值AO為200mV，接收到第一個回波所用時間TO為10 y S。將檢測到的第一個超聲回波信號的幅值A和時間T分別與A0、T0進行比較，若A〈200mV，則缺陷位于鋼板的內壁；若T〈10 u s,則缺陷位于鋼板的外壁或內部。再結合漏磁檢測信號，利用常規(guī)漏磁檢測方法獲知缺陷形態(tài)信息，可重構缺陷的實際形態(tài)和深度。上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的一種電磁超聲和漏磁復合的檢測方法，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例做任何簡單修改、等同變化和修飾，均落入本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種電磁超聲與漏磁復合檢測裝置，其特征在于設有磁芯、永磁體、EMAT激發(fā)線圏、EMAT檢測線圈、漏磁檢測元件，所述永磁體固定于磁芯較細的一端，EMAT激發(fā)線圏、EMAT檢測線圈固定于永磁體的正下方和待測鋼板上方；所述漏磁檢測元件固定于探頭兩端的中間并置于待測鋼板上方。
2.如權利要求I所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測裝置，其特征在于所述磁芯采用L型磁芯或U形磁芯。
3.—種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于采用如權利要求I或2所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測裝置，所述檢測方法包括以下步驟 1)將電磁超聲與漏磁復合檢測裝置置于待測鋼板表面，并按設定的提離值Hl對待測鋼板進行掃描檢測，其中，永磁體、EMAT激發(fā)線圏、EMAT檢測線圈及待測鋼板構成電磁超聲換能器，電磁超聲換能器是ー種在導體中激勵和接收超聲波的換能裝置； 2)在EMAT激發(fā)線圈中施加激勵信號,從而形成垂直于待測鋼板表面入射的電磁超聲波，電磁超聲波向待測鋼板另ー側傳播，遇到待測鋼板外壁時，將產生超聲回波，同時，在永磁體的作用下，待測鋼板被局部磁化至飽和狀態(tài)，這時在缺陷處將產生漏磁場； 3)通過EMAT檢測線圈拾取步驟2)中產生的超聲回波，同時，利用漏磁檢測元件以設定的提離值H2對步驟2)中產生的漏磁場進行測量，將拾取到的超聲回波信號與漏磁檢測元件的輸出信號送入信號處理單元中； 4)分別對送入超聲回波信號通道中的回波信號和送入漏磁信號通道中的漏磁信號進行放大和濾波處理，再將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉換器轉換成數(shù)字信號后，分別送入信息處理系統(tǒng)； 5)在信息處理系統(tǒng)中，將接收到的數(shù)字信號進行分析處理后，得到超聲回波信號與漏磁信號的波形圖，由于信號不同步，通過對漏磁信號時域平移來達到兩種信號同步顯示的目的； 6)進ー步將步驟5)中處理后的兩種反映缺陷不同信息的信號波形圖像處理成可以顯示在同一界面的同步信號顯示在顯示器上，設定好第一個回波幅值的下限閾值AO以及接收到第一個回波所用時間的下限閾值TO ； 7)在有漏磁信號的前提下，對超聲回波信號圖像進行分析，將得到的第一個回波信號的幅值A和所用時間T與設定閾值AO和TO進行比較；若A〈A0，則缺陷位于鋼板的內壁；若T〈T0，則缺陷位于鋼板的外壁或內部；再通過對漏磁信號圖像的分析，采用常規(guī)漏磁檢測分析方法獲得缺陷的形態(tài)信息，從而可同時實現(xiàn)缺陷實際形態(tài)的獲知和內、外壁層次的定位，重構出缺陷實際形態(tài)與深度，完成一次對缺陷的檢測。
4.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟I)中，所述EMAT激發(fā)線圈與EMAT檢測線圈分別由兩個線圈制作而成，或為ー個收發(fā)一體式線圈。
5.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟I)中，所述提離值Hl為I 4mm。
6.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟2)中，所述激勵信號采用頻率為50kHz 2MHz的正弦波脈沖激勵信號。
7.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟3)中，所述信號處理單元設有超聲回波信號通道、漏磁信號通道、放大濾波模塊、A/D轉換器及信息處理系統(tǒng)。
8.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟3)中，所述提離值H2為0. 2 3mm。
9.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟3)中，所述漏磁檢測元件為磁敏感元件。
10.如權利要求3所述的ー種電磁超聲與漏磁復合檢測方法，其特征在于在步驟4)中，所述信息處理系統(tǒng)采用單片機、DSP或PC機。
全文摘要
一種電磁超聲與漏磁復合的檢測方法，涉及一種無損檢測方法。在漏磁檢測的基本原理上，增加能產生動態(tài)交變磁場的EMAT激發(fā)線圈及接收超聲回波的EMAT檢測線圈。當在EMAT激發(fā)線圈中激發(fā)脈沖電流時，產生向被測鋼板另一側傳播的電磁超聲波。電磁超聲波遇到被測鋼板外壁時會產生超聲回波，利用EMAT檢測線圈拾取超聲回波。通過對拾取到的超聲回波進行分析，就可以獲知缺陷的位置，實現(xiàn)內、外壁層次的定位。最后，再融合漏磁檢測信號提供的缺陷形態(tài)信息，就可形成“復合無損檢測”的效果，從而重構缺陷實際形態(tài)和深度。有效克服現(xiàn)有技術對于缺陷的判定效果不理想、準確率不高的缺點，結構簡單、非接觸式測量。
文檔編號G01N27/83GK102661995SQ201210147358
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者吳德會, 孫寶康, 張志杰, 張海榮 申請人:廈門大學