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電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，包括單片機，單片機產(chǎn)生周期性觸發(fā)脈沖到振蕩器，振蕩器的輸出與探頭連接，將振蕩器產(chǎn)生的正弦激勵信號傳輸?shù)教筋^上，探頭向試件發(fā)射正弦激勵信號，并采集試件的反射信號輸出給信號檢出電路，信號檢出電路從試件反射信號中提取出對裂紋缺陷敏感的部分并輸送給放大器，放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，將放大后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給單片機，單片機對輸入信號進行處理判斷后驅(qū)動蜂鳴器，并通過IED顯示器顯示裂紋缺陷的相對大小。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高且便于攜帶的金屬表面和近表面裂紋檢測裝置。
【專利說明】電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流 檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)金屬材料形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的表面檢測方法如磁粉、滲透已不能完全適用。渦流 檢測是近年來發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，對表面開口裂紋很靈敏，在表面涂層、表面粗 糙、潮濕等惡劣環(huán)境下也能開展檢測工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、頻率響應(yīng)特性好以及 測試電路簡單等優(yōu)點，特別適用于形狀復(fù)雜的電網(wǎng)金屬材料的疲勞裂紋和表面應(yīng)力裂紋的 檢測工作。脈沖渦流所具有的寬頻特性使它非常適合于金屬深層的裂紋檢測而且激勵的脈 沖特性使渦流在金屬中存在一個很高的峰值易于觀察和測量。而且脈沖特性能夠進行傳統(tǒng) 渦流檢測所不能進行的瞬態(tài)分析。電磁脈沖渦流可以實現(xiàn)材料的表面檢測，而在目前并沒 有針對電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測的專用裝置，需要進行儀器試制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢 測裝置。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，包括單片機，單片機產(chǎn)生周期性觸發(fā) 脈沖，觸發(fā)脈沖輸入到振蕩器，振蕩器的輸出與探頭連接，將振蕩器產(chǎn)生的正弦激勵信號傳 輸?shù)教筋^的激勵線圈上，激勵線圈置于被檢測試件上，向試件發(fā)射正弦激勵信號，探頭的檢 測線圈采集試件的反射信號，檢測線圈將采集的試件反射信號輸出給信號檢出電路，信號 檢出電路從試件反射信號中提取出對裂紋缺陷敏感的部分并輸送給放大器，放大器與A/D 轉(zhuǎn)換電路連接，將放大后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給單片機，單片機對輸入信號進行 處理判斷后，驅(qū)動蜂鳴器，并通過IED顯示器顯示裂紋缺陷的相對大小。
[0006] 而且，所述探頭包括纏繞在U型磁體上的激勵線圈，在U型磁體的開口中心點處安 置有與U型磁體平面垂直的磁棒，在磁棒上纏繞有檢測線圈，所述激勵線圈與檢測線圈相 互垂直，激勵線圈的兩端為與試件位置相對應(yīng)的激勵端，檢測線圈感應(yīng)渦流反磁場的變化， 并由檢測線圈的輸出端輸出，由硬件電路轉(zhuǎn)化為電信號。
[0007] 而且，所述振蕩器是一個產(chǎn)生激勵信號的LC振蕩電路。
[0008] 而且，所述信號檢出電路包括放大電路，放大電路的輸出與用來消除各種干擾的 濾波電路連接，濾波電路與信號選擇電路連接，信號選擇電路與峰值運算電路連接，峰值運 算電路對時時采集到的電流信號進行跟蹤，將電流信號的峰值選擇出，并轉(zhuǎn)換成直流信號 輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0009] 其中，濾波電路前端采用高通濾波器用于濾除電源諧波造成的工頻干擾和移動探 頭時的雜波干擾，第二級采用受信號選擇電路控制的帶通濾波器。
[0010] 其中，信號選擇電路由電容矩陣和電位器組成。
[0011] 其中，峰值運算電路具體采用由采樣保持器和比較器組成的電路。
[0012] 而且，所述單片機具體采用MCS8051型號的單片機，所述A/D轉(zhuǎn)換電路具體采用的 型號為AD14433,單片機通過P0接口接收A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的信號，單片機的P2接口與蜂 鳴器的開關(guān)控制接口連接，單片機的P1接口與LED顯示屏的驅(qū)動接口連接。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：
[0014] 本發(fā)明計劃設(shè)計制作一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高且便于攜帶的金屬表面和近表面裂 紋檢測裝置，該裝置應(yīng)用電磁脈沖渦流探傷的基本原理，采用磁性材料制作一種精細的渦 流傳感器，用于前端提取微弱的裂紋信號，后臺應(yīng)用單片機控制電路，處理提取的濾波、放 大、A/D轉(zhuǎn)換等信號，最后由單片機驅(qū)動聲、光報警，當發(fā)現(xiàn)缺陷時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報， 并同時點亮不同個數(shù)的LED，顯示裂紋的相對深度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明裝置的構(gòu)成圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明裝置中探頭的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明振蕩器的電路原理圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明中信號檢出電路的框圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明信號檢出電路中峰值運算電路的原理圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明中單片機與AD轉(zhuǎn)換電路的連接原理圖；
[0021] 圖7是本發(fā)明中單片機控制原理圖。

【具體實施方式】
[0022] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0023] 一種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，包括單片機，單片機產(chǎn)生周期性觸發(fā) 脈沖，觸發(fā)脈沖輸入到振蕩器，振蕩器的輸出與探頭連接，將振蕩器產(chǎn)生的正弦激勵信號傳 輸?shù)教筋^的激勵線圈上，激勵線圈置于被檢測試件上，向試件發(fā)射正弦激勵信號，探頭的檢 測線圈采集試件的反射信號，檢測線圈將采集的試件反射信號輸出給信號檢出電路，信號 檢出電路從試件反射信號中提取出對裂紋缺陷敏感的部分并輸送給放大器，放大器與A/D 轉(zhuǎn)換電路連接，將放大后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給單片機，單片機對輸入信號進行 處理判斷后，驅(qū)動蜂鳴器，并通過IED顯示器顯示裂紋缺陷的相對大小。
[0024] 在本發(fā)明的具體實施中，如圖2所示，所述探頭包括纏繞在U型磁體2上的激勵線 圈1,在U型磁體的開口中心點處安置有與U型磁體平面垂直的磁棒4,在磁棒上纏繞有檢 測線圈3,所述激勵線圈與檢測線圈相互垂直，激勵線圈的兩端為與試件位置相對應(yīng)的激勵 端，在激勵線圈上通以一定頻率的正弦波，當探頭沿著試件表面移動時，試件表面在交變磁 場作用下會產(chǎn)生一定分布和大小的渦流，當有裂紋時，渦流分布和大小會發(fā)生相應(yīng)的改變， 檢測線圈感應(yīng)渦流反磁場的變化，并由檢測線圈的輸出端輸出，由硬件電路轉(zhuǎn)化為電信號， 通過變化情況可反映缺陷的情況。
[0025] 在本發(fā)明的具體實施中，如圖3所示，所述振蕩器為激勵信號產(chǎn)生電路，該電路包 括一個由電阻R2和PNP三極管組成的開關(guān)電路，及與開關(guān)電路連接的由電阻R1與電容Cl 及激勵線圈L1并聯(lián)后與二極管D1串聯(lián)組成的LC振蕩電路，圖中L2為檢測線圈，單片機產(chǎn) 生周期性觸發(fā)脈沖后通過該激勵信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生激勵信號，激勵信號是一個近似的正弦 波，LC振蕩電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易起振，頻率便于調(diào)整。
[0026] 在本發(fā)明的具體實施中，所述信號檢出電路包括將微弱的電壓信號放大到適合是 值（2V左右）以便后級處理的放大電路，以及用來消除各種干擾的濾波電路。濾波電路與 信號選擇電路連接，信號選擇電路通過控制濾波器的帶通頻率來選通所需信號，同時控制 振蕩器的輸出頻率，其控制頻率范圍為：100Hz--6MHz。信號選擇電路與峰值運算電路連 接，峰值運算電路對時時采集到的電流信號進行跟蹤，將電流信號的峰值選擇出，并轉(zhuǎn)換成 直流信號輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0027] 其中，濾波電路前端采用高通濾波器用于濾除電源諧波造成的工頻干擾和移動探 頭時的雜波干擾，第二級采用帶通濾波器受信號選擇電路控制，用于選擇不同的滲透深度 缺陷所反應(yīng)的頻率，僅允許選通信號通過，其帶通頻率調(diào)節(jié)范圍為100Hz--6MHz，對應(yīng)的 滲透深度為〇 - 9. 99_。
[0028] 其中，信號選擇電路由電容矩陣和電位器組成，采用特定匹配電路進行處理，通過 改變與濾波器匹配的濾波電容參數(shù)值和電位器電阻值來改變?yōu)V波器的帶通頻率，選擇出與 裂紋滲透深度及不同形式損傷相匹配的不同形式頻率分量信號，從而可根據(jù)不同的滲透深 度選擇不同的頻率，篩選出與這一深度相適應(yīng)的頻率而抑制其他干擾頻率，由此能對不同 深度缺陷、不同形式損傷進行有效的檢測。
[0029] 其中，峰值運算電路具體采用由采樣保持器和比較器組成，如圖5所示，當Vi>Vo 時，A1輸出為高電平，二極管VD導(dǎo)通給電容CAp充電并控制A2采樣，當經(jīng)過峰值后，Vi〈Vo， A1輸出為低電平，二極管VD反向截止，電容CAp繼續(xù)保持電壓，并給A2續(xù)航使此時的A2繼 續(xù)輸出Vo, S卩，峰值被保持并轉(zhuǎn)換成直流信號，送給AD進行采樣，并以此作為單片機啟動A/ D的信號，開始采樣。峰值采樣電路有兩個功能：采樣和保持。采樣值保持時間，根據(jù)輸出 頻率自動設(shè)置。我們所研制的渦流電導(dǎo)儀，由于通常標準信號在10kHz以一下，頻率較低， 因此A1、A2采用LF398這樣的峰值采樣電路。其效果較好。
[0030] 在本發(fā)明的具體實施中，所述放大電路具體采用差動形式的放大電路，該放大電 路是將檢測線圈輸出的10- 200mV微弱信號放大到1-2V幅值。
[0031] 在本發(fā)明的具體實施中，如圖6所示，所述單片機具體采用MCS8051型號的單片 機，所述A/D轉(zhuǎn)換電路具體采用的型號為AD14433,單片機通過P0接口接收A/D轉(zhuǎn)換電路 輸出的信號，單片機的P2接口與蜂鳴器的開關(guān)控制接口連接，以不同頻率節(jié)奏脈沖形式的 觸發(fā)信號驅(qū)動蜂鳴器報警，單片機的P1接口與LED顯示屏的驅(qū)動接口連接，以數(shù)字形在式 LED顯示屏上顯示滲透深度及測試時間。
[0032] 單片機的信號處理原理
[0033] 如圖7所示，所述單片機對輸入信號的處理過程為：
[0034] (1)控制信號又作為單片機的外部中斷輸入信號，中斷觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方式， 以此作為單片機啟動A/D的信號，開始采樣。用單片機的一個I/O 口，作為采樣保持器的控 制口線，中斷信號來之前，該控制口線置為采樣所需電平（對LF398為高電平），中斷信號來 后，置為保持電平（對LF398為低電平），并啟動A/D開始采樣數(shù)據(jù)。
[0035] (2)單片機從A/D轉(zhuǎn)換器AD14433中獲得數(shù)字電壓值，將其線性的折算成滲透深 度，并將該滲透深度按測量點和時間存到RAM6264存儲器中，同時液晶顯示器中顯示該測 量點該測量時刻的滲透深度和該測量時間。當檢測到的裂紋或損傷超過設(shè)定值時，蜂鳴器 發(fā)出急促的報警聲。
[0036] 測量完成后，存放在RAM6264中各測量點不同時刻的位移數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要按 測量點通過微型打印機打印輸出，也可以通過RS232串行通訊接口將各個測量點不同時刻 的位移數(shù)據(jù)送到PC計算機中再處理。
【權(quán)利要求】
1. 一種電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，其特征在于：包括單片機，單片機產(chǎn)生 周期性觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖輸入到振蕩器，振蕩器的輸出與探頭連接，將振蕩器產(chǎn)生的正弦 激勵信號傳輸?shù)教筋^的激勵線圈上，激勵線圈置于被檢測試件上，向試件發(fā)射正弦激勵信 號，探頭的檢測線圈采集試件的反射信號，檢測線圈將采集的試件反射信號輸出給信號檢 出電路，信號檢出電路從試件反射信號中提取出對裂紋缺陷敏感的部分并輸送給放大器， 放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，將放大后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給單片機，單片機對 輸入信號進行處理判斷后，驅(qū)動蜂鳴器，并通過IED顯示器顯示裂紋缺陷的相對大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，其特征在于：所述探 頭包括纏繞在U型磁體上的激勵線圈，在U型磁體的開口中心點處安置有與U型磁體平面 垂直的磁棒，在磁棒上纏繞有檢測線圈，所述激勵線圈與檢測線圈相互垂直，激勵線圈的兩 端為與試件位置相對應(yīng)的激勵端，檢測線圈感應(yīng)渦流反磁場的變化，并由檢測線圈的輸出 端輸出，由硬件電路轉(zhuǎn)化為電信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，其特征在于：所述振 蕩器是一個產(chǎn)生激勵信號的LC振蕩電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，其特征在于：所述信 號檢出電路包括放大電路，放大電路的輸出與用來消除各種干擾的濾波電路連接，濾波電 路與信號選擇電路連接，信號選擇電路與峰值運算電路連接，峰值運算電路對時時采集到 的電流信號進行跟蹤，將電流信號的峰值選擇出，并轉(zhuǎn)換成直流信號輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路， 其中，濾波電路前端采用高通濾波器用于濾除電源諧波造成的工頻干擾和移動探頭時 的雜波干擾，第二級采用受信號選擇電路控制的帶通濾波器， 其中，信號選擇電路由電容矩陣和電位器組成， 其中，峰值運算電路具體采用由采樣保持器和比較器組成的電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)金屬材料電磁脈沖渦流檢測裝置，其特征在于：所述單 片機具體采用MCS8051型號的單片機，所述A/D轉(zhuǎn)換電路具體采用的型號為AD14433,單片 機通過P0接口接收A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的信號，單片機的P2接口與蜂鳴器的開關(guān)控制接口 連接，單片機的P1接口與LED顯示屏的驅(qū)動接口連接。
【文檔編號】G01N27/90GK104090023SQ201410229769
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】程明, 安戈, 文黎, 葉芳, 曹建偉, 陳韶瑜, 溫力, 李慶釗 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司