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CN112213380A - 一种检测磁源深度的测磁阵列装置及方法 - Google Patents

一种检测磁源深度的测磁阵列装置及方法 Download PDF

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CN112213380A CN202011078273.XA CN202011078273A CN112213380A CN 112213380 A CN112213380 A CN 112213380A CN 202011078273 A CN202011078273 A CN 202011078273A CN 112213380 A CN112213380 A CN 112213380A
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Abstract

本发明涉及一种检测磁源深度的测磁阵列装置，包括：第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元，每组所述测磁传感器单元之间按预设间距水平排列，所述第一测磁传感器单元包括上下放置的第一测磁传感器和第四测磁传感器，所述第二测磁传感器单元包括上下放置的第二测磁传感器和第五测磁传感器，所述第三测磁传感器单元包括上下放置的第三测磁传感器和第六测磁传感器。本发明还涉及一种检测磁源深度的方法，通过得到的两组磁异常信号来计算两个磁源目标深度，并将两个磁源目标深度取平均值得到最终磁源深度。本发明能够有效检测磁源深度，实用性较好。

Description

一种检测磁源深度的测磁阵列装置及方法
技术领域
本发明涉及电磁无损检测技术领域，特别是涉及一种检测磁源深度的测磁阵列装置及方法。
背景技术
金属材料(构件)内部的缺陷或结构界面，如夹杂、气孔、分层、焊缝熔池等，在材料(构件)表面会产生一定的磁场异常信号，这种能够引起磁场异常信号的缺陷都可以统称为目标磁源。对目标磁源进行无损检测，并准备确定目标磁源的埋藏深度，是无损检测领域的重要问题。常用的无损检测方法：涡流检测(ECT)、射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和渗透检测(PT)五种。涡流检测(ECT)、磁粉检测(MT)和渗透检测(PT)一般适用于表面和近表面检测。射线检测(RT)对缺陷的检出率高，缺陷显像更为直观；但受入射角度和构件厚度的影响，不能够对缺陷深度有效定量。超声检测(UT)一般需要耦合剂，也存在能够检出缺陷但无法判定埋深的问题。因此，现有无损检测技术一般能够发现缺陷，但是无法对缺陷的埋藏深度进行准确定量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测磁源深度的测磁阵列装置及方法，能够有效检测磁源深度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种检测磁源深度的测磁阵列装置，包括：第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元，每组所述测磁传感器单元之间按预设间距水平排列，所述第一测磁传感器单元包括上下放置的第一测磁传感器和第四测磁传感器，所述第二测磁传感器单元包括上下放置的第二测磁传感器和第五测磁传感器，所述第三测磁传感器单元包括上下放置的第三测磁传感器和第六测磁传感器。
所述测磁传感器为单分量传感器，所述单分量传感器用于测量垂直于检测面方向的磁感应强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种检测磁源深度的方法，采用上述测磁阵列装置，包括：
步骤(1)：利用所述测磁阵列装置在检测面上移动扫查，找到目标磁源，并使所述第二测磁传感器单元正对于目标磁源；
步骤(2)：调整测磁传感器单元之间的间距，使所述第一测磁传感器单元和第三测磁传感器单元检测到的磁场信号只包括背景磁场；
步骤(3)：根据所述第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号；
步骤(4)：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号，来分别计算第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2，并将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度。
所述步骤(3)具体为：根据所述第一测磁传感器单元和第二测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号，公式为：
D1＝B2-B1
D2＝B5-B4
根据所述第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号，公式为：
D3＝B3-B2
D4＝B6-B5
其中，B1～B6分别表示所述第一测磁传感器到第六测磁传感器检测到的磁场信号。
所述步骤(4)具体为：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号来计算第一目标磁源深度h1，公式为：
Figure BDA0002717079650000021
其中，D1＝B2-B1且
Figure BDA0002717079650000022
D2＝B5-B4且
Figure BDA0002717079650000023
H表示测磁传感器的高度，θ1表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第一测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率；
根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号来计算第二目标磁源深度h2，公式为：
Figure BDA0002717079650000031
其中，D3＝B3-B2且
Figure BDA0002717079650000032
D4＝B6-B5且
Figure BDA0002717079650000033
H表示测磁传感器的高度，θ2表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第三测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率；
将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供的检测磁源深度的测磁阵列装置不仅能够检测出金属材料(构件)内部的缺陷或结构界面，还能对金属内部缺陷的埋藏深度进行准确测量，检测方法简单可靠且准确度高，给工程作业提供了新思路，实用性较好。
附图说明
图1是本发明实施方式的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种检测磁源深度的测磁阵列装置，如图1所示，为本发明实施方式的原理示意图，所述测磁阵列装置包括三组测磁传感器单元，分别为：第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元，每组所述测磁传感器单元之间按预设间距水平排列，并且可以根据实际需求调整间距，目的是更好地贴合检测面和适应被检目标磁源的尺寸。所述第一测磁传感器单元包括上下放置的第一测磁传感器S1和第四测磁传感器S4，所述第二测磁传感器单元包括上下放置的第二测磁传感器S2和第五测磁传感器S5，所述第三测磁传感器单元包括上下放置的第三测磁传感器S3和第六测磁传感器S6，每个测磁传感器的高度为H。
所述测磁传感器为单分量传感器，所述单分量传感器用于测量垂直于检测面方向的磁感应强度。
本发明还涉及一种检测磁源深度的方法，具体步骤如下：
步骤(1)：利用所述测磁阵列装置在检测面上移动扫查，找到目标磁源，并使所述第二测磁传感器单元正对于目标磁源；
把第二测磁传感器S2和第五测磁传感器S5的信号看作是目标磁源正上方不同高度位置产生的磁场信号，该磁场信号包含了目标磁源的磁异常信号和背景磁场。
步骤(2)：调整测磁传感器单元之间的间距，使所述第一测磁传感器单元和第三测磁传感器单元检测到的磁场信号只包括背景磁场；
把第一测磁传感器S1和第四测磁传感器S4的信号看作是目标磁源左侧不同高度位置产生的磁场信号，通过调节间距L，认为该磁场信号只包含背景磁场；同理，把第三测磁传感器S3和第六测磁传感器S6的信号看作是目标磁源右侧不同高度位置产生的磁信号，该磁场信号只包含背景磁场。
步骤(3)：根据所述第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号。
步骤(4)：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号，来分别计算第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2，并将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度。
进一步地，所述步骤(3)具体为：根据所述第一测磁传感器单元和第二测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号，公式为：
D1＝B2-B1
D2＝B5-B4
根据所述第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号，公式为：
D3＝B3-B2
D4＝B6-B5
其中，B1～B6分别表示所述第一磁传感器检S1到第六测磁传感器S6检测到的磁场信号，通过做减法来剔除背景磁场。
本实施方式中，将目标磁源产生的磁异常信号等效于电流元在试件检测表面产生的磁感应强度，根据毕奥-萨伐尔定律，垂直于检测面方向的磁感应强度分量公式为：
Figure BDA0002717079650000051
其中，r表示目标磁源到测磁传感器的距离，θ表示电流元Idl与电流元到目标点的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率。
故D1和D2还可以表示为如下形式：
Figure BDA0002717079650000052
Figure BDA0002717079650000053
进一步地，所述步骤(4)具体为：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号来计算第一目标磁源深度h1，公式为：
Figure BDA0002717079650000054
其中，D1＝B2-B1，D2＝B5-B4，H表示测磁传感器的高度，θ1表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第一测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率。
根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号来计算第二目标磁源深度h2，公式为：
Figure BDA0002717079650000055
其中，D3＝B3-B2且
Figure BDA0002717079650000056
D4＝B6-B5且
Figure BDA0002717079650000057
H表示测磁传感器的高度，θ2表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第三测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率。
将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度，即图1中的h。
由此可见，本发明提供的检测磁源深度的测磁阵列装置不仅能够检测出金属材料(构件)内部的缺陷或结构界面，还能对金属内部缺陷的埋藏深度进行准确测量，检测方法简单可靠且准确度高，实用性较好。

Claims (5)

1.一种检测磁源深度的测磁阵列装置，其特征在于，包括：第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元，每组所述测磁传感器单元之间按预设间距水平排列，所述第一测磁传感器单元包括上下放置的第一测磁传感器和第四测磁传感器，所述第二测磁传感器单元包括上下放置的第二测磁传感器和第五测磁传感器，所述第三测磁传感器单元包括上下放置的第三测磁传感器和第六测磁传感器。
2.根据权利要求1所述的检测磁源深度的测磁阵列装置，其特征在于，所述测磁传感器为单分量传感器，所述单分量传感器用于测量垂直于检测面方向的磁感应强度。
3.一种检测磁源深度的方法，其特征在于，采用如权利要求1-2中任一所述测磁阵列装置，包括：
步骤(1)：利用所述测磁阵列装置在检测面上移动扫查，找到目标磁源，并使所述第二测磁传感器单元正对于目标磁源；
步骤(2)：调整测磁传感器单元之间的间距，使所述第一测磁传感器单元和第三测磁传感器单元检测到的磁场信号只包括背景磁场；
步骤(3)：根据所述第一测磁传感器单元、第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号；
步骤(4)：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组和第二组磁异常信号，来分别计算第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2，并将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度。
4.根据权利要求3所述的检测磁源深度的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：根据所述第一测磁传感器单元和第二测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号，公式为：
D1＝B2-B1
D2＝B5-B4
根据所述第二测磁传感器单元和第三测磁传感器单元的测量值来剔除背景磁场，得到目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号，公式为：
D3＝B3-B2
D4＝B6-B5
其中，B1～B6分别表示所述第一测磁传感器到第六测磁传感器检测到的磁场信号。
5.根据权利要求3所述的检测磁源深度的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第一组磁异常信号来计算第一目标磁源深度h1，公式为：
Figure FDA0002717079640000021
其中，D1＝B2-B1且
Figure FDA0002717079640000022
D2＝B5-B4且
Figure FDA0002717079640000023
H表示测磁传感器的高度，θ1表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第一测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率；
根据所述目标磁源在不同高度位置产生的第二组磁异常信号来计算第二目标磁源深度h2，公式为：
Figure FDA0002717079640000024
其中，D3＝B3-B2且
Figure FDA0002717079640000025
D4＝B6-B5且
Figure FDA0002717079640000026
H表示测磁传感器的高度，θ2表示目标磁源产生的等效电流元Idl和从等效电流元到所述第三测磁传感器单元的位置矢量之间的夹角，μ0表示真空磁导率；
将所述第一目标磁源深度h1和第二目标磁源深度h2取平均值得到最终目标磁源深度。
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