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CN114577895A - 一种涡流无损检测设备 - Google Patents

一种涡流无损检测设备 Download PDF

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CN114577895A
CN114577895A CN202210099299.5A CN202210099299A CN114577895A CN 114577895 A CN114577895 A CN 114577895A CN 202210099299 A CN202210099299 A CN 202210099299A CN 114577895 A CN114577895 A CN 114577895A
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CN
China
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coil
signal
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bridge
differential amplifier
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CN202210099299.5A
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李晓明
丁希平
谢丁胜
顾江平
姚龙钱
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Anqing TP Goetze Liner Co Ltd
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Anqing TP Goetze Liner Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种涡流无损检测设备，包括依次连接的检测探头、交流电桥以及调理电路；所述检测探头设置有在激励信号的作用下能够产生交变磁场的若干组检测线圈和参考线圈，能够在位于缺陷处时基于检测线圈的阻抗变化产生缺陷信号；所述交流电桥能够对缺陷信号进行调制并输出一个与激励信号的频率相同但幅值和相位不同的交流信号；所述调理电路用于从交流信号中提取缺陷信息。本发明设计的涡流检测设备，电路结构简单，电路稳定性好，能够检测到气缸套的微小缺陷，提高检测的准确率，提高产品出厂的合格率。

Description

一种涡流无损检测设备
技术领域
本发明涉及发动机气缸套探伤仪技术领域，具体涉及一种涡流无损检测设备。
背景技术
随着科技的进步，家用轿车广而普及，为经济发展提供了助力，但也带来了很多环境问题，如汽车尾气排放影响大气环境造成长时间的雾霾，因此很多厂家都开始着力于通过降低车身重量来降低汽车尾气的排放，因此推出一种新型气缸套设计理念：将一个缸套的结构通过两种不同的材料来制作，外圈使用铝质材料来制作，内圈使用铸铁材料来制作，这样在降低缸套自身重量的情况下，还保留了铸铁材料的耐磨性、高硬度和抗拉强度等优点。
但是内圈材料为铸铁的缸套在加工时会出现带缺陷的次品，次品的使用会导致车身性能下降，严重的会导致发动机拉缸，导致气缸压缩压力降低丧失动力，因此缸套的生产线需要加入一套检测工序，用于筛选优品和次品。
在实际的生产中，气缸套的缺陷特征大都是比较小，缺陷深度较浅，非贯穿伤，且缺陷都发生在内壁，现有探伤设备无法进行准确有效地监测，且不能同时兼顾检测面积和分辨率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡流无损检测设备，提高检测的准确性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种涡流无损检测设备，包括依次连接的检测探头、交流电桥以及调理电路；所述检测探头设置有在激励信号的作用下能够产生交变磁场的若干组检测线圈和参考线圈，能够在位于缺陷处时基于检测线圈的阻抗变化产生缺陷信号；所述交流电桥能够对缺陷信号进行调制并输出一个与激励信号的频率相同但幅值和相位不同的交流信号；所述调理电路用于从交流信号中提取缺陷信息。
进一步地，还包括供电源、能够产生激励信号的激励源以及与调理电路的输出端连接的显示模块。
进一步地，所述检测探头包括线圈支架，所述线圈支架整体呈筒状，该线圈支架的弧形面上设置有若干个用于固定线圈的凹槽，且位于所述线圈支架轴向的端面上开设有用于接入连接线圈的信号线的接线孔。
进一步地，所述检测线圈和参考线圈均是采用FPC技术加工的矩形线圈，两者长、宽及线圈匝数相同，并交替固定在所述凹槽内，相邻的检测线圈和参考线圈为一组。
进一步地，一组检测线圈的一端与参考线圈的一端串联后作为交流电桥的两臂通过信号线接入交流电桥，所述交流电桥还包括差动放大器A1以及电阻R1、 R2，其中R1的一端与R2的一端串联，所述电阻R1的另一端与检测线圈的另一端连接后与差动放大器A1的正引脚相接，所述电阻R2的另一端与参考线圈的另一端连接后与差动放大器A1的负引脚相接，所述激励源Vi的正极与电阻R1、 R2的中间位置连接、负极与一组检测线圈和参考线圈的中间位置连接。
进一步地，所述调理电路包括乘法器U1、基准电压源REF、差动放大器A2、二阶低通滤波器LPF、电阻R3以及电容C1，其中所述乘法器U1的正输入端与差动放大器A1的输出端连接、负输入端与激励源Vi的正极连接、输出端与电阻 R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C1的一端以及差动放大器A2的正输入端连接，电容C1的另一端接地，差动放大器A2的负输入端与基准电压源 REF的输出相连，差动放大器A2的输出经二阶低通滤波器LPF过滤后输出缺陷信息，所述二阶低通滤波器LPF的输出端与显示模块连接。
由以上技术方案可知，本发明设计的涡流检测设备，电路结构简单，元器件稳定性高，能够准确的探测到气缸套的缺陷，提高检测的准确率，提高了生产效率；且通过交流电桥及后置差动放大器A1，使得检测样品的缺陷信息转变成电信号并加以调制，并且调制的过程中有效的抑制了输出信号中的共模信号，有效的提高了传感器的检测灵敏度；并在乘法器U2后设计的一阶低通滤波器和在差动放大器A2后设计的二阶低通滤波器，可以有效的过滤掉输出信号中的载波信号和其他噪声信号，有效的提高了传感器输出信号的质量水平。
附图说明
图1是本发明所述传感器系统原理图；
图2是本发明所述检测探头结构图；
图3是本发明所述交流电桥原理图；
图4是本发明所述调理电路原理图；
图中：1、线圈支架；2、凹槽；3、接线孔；4、线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式做详细的说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示的涡流无损检测设备，包括依次连接的检测探头、交流电桥、调理电路，还包括供电源、能够产生激励信号的激励源以及与调理电路的输出端连接的显示模块；具体的，所述检测探头设置有在激励信号的作用下能够产生交变磁场的若干组检测线圈和参考线圈，一组检测线圈与参考线圈作为交流电桥的两臂通过信号线接入交流电桥；所述交流电桥能够对缺陷信号进行调制并输出一个与激励信号的频率相同但幅值和相位不同的交流信号；所述调理电路用于从交流信号中提取缺陷信息。
如图2所示的检测探头，包括采用3D打印技术加工的线圈支架，所述线圈支架整体呈筒状，该线圈支架的弧形面上设置有若干个用于固定线圈的凹槽，且位于所述线圈支架轴向的端面上开设有用于接入连接线圈的信号线的接线孔；所述检测线圈和参考线圈均是采用FPC技术加工的柔性矩形线圈，两者长、宽及线圈匝数相同，并交替固定在所述凹槽内，相邻的检测线圈和参考线圈为一组。
如图3所示的交流电桥，一组检测线圈的一端与参考线圈的一端串联后作为交流电桥的两臂通过信号线接入交流电桥，所述交流电桥还包括差动放大器 A1以及高精度采样电阻R1、R2，其中R1的一端与R2的一端串联，所述电阻R1的另一端与检测线圈的另一端连接后与差动放大器A1的正引脚相接，所述电阻 R2的另一端与参考线圈的另一端连接后与差动放大器A1的负引脚相接，所述激励源Vi的正极与电阻R1、R2的中间位置连接、负极与一组检测线圈和参考线圈的中间位置连接；通过交流电桥及后置差动放大器A1，使得检测样品的缺陷信息转变成电信号并加以调制，并且调制的过程中有效的抑制了输出信号中的共模信号，有效的提高了传感器的检测灵敏度。
本优选实施例所述的激励源Vi能够产生高频正弦的激励信号，在具体的检测时，将检测设备与检测目标之间的距离h固定，在激励源的激励下，检测线圈和参考线圈会产生对应的交变磁场，交变磁场会激发检测目标体表面产生电流，这个电流呈漩涡状，又被称之为电涡流，被测导体内电涡流又会产生自身的磁场，这个磁场方向与原磁场方向相反，称之为次生磁场，次生磁场对原检测线圈和参考线圈产生的影响表现在导致线圈本身的阻抗发生变化。检测设备在无缺陷处检测时，交流电桥无输出信号，在检测到缺陷时，检测线圈的阻抗会发生变化，参考线圈阻抗不变，从而打破交流电桥的平衡，交流电桥会输出一个与激励源频率相同但幅值和相位不同的交流信号。
为了在交流电桥输出的交流信号中提取出有用的缺陷信息，需要对电桥的输出信号进行调理；如图4所示，所述调理电路包括乘法器U1、基准电压源REF、差动放大器A2、二阶低通滤波器LPF、电阻R3以及电容C1，其中所述乘法器 U1的正输入端与差动放大器A1的输出端连接、负输入端与激励源Vi的正极连接、输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C1的一端以及差动放大器A2的正输入端连接，电容C1的另一端接地，差动放大器A2的负输入端与基准电压源REF的输出相连，差动放大器A2的输出经二阶低通滤波器 LPF过滤后输出缺陷信息，所述二阶低通滤波器LPF的输出端与显示模块连接；在乘法器U2后设计的一阶低通滤波器和在差动放大器A2后设计的二阶低通滤波器，可以有效的过滤掉输出信号中的载波信号和其他噪声信号，有效的提高了传感器输出信号的质量水平。
本优选实施例首先使用差动放大器A1对交流电桥输出的微弱信号进行放大，放大倍数为G，A1的输出接到乘法器U1的正引脚，U1的负引脚接入激励源的信号，乘法器U1运算使输入的两个信号做乘法运算，运算后得到高频交流信号和直流信号两部分，R3和C1组成低通滤波器过滤掉高频的交流信号，留下的直流信号输入到差动放大器A2中，乘法器U1输出的直流信号带有偏置电压，使用基准电压源REF对其偏置电压进行校准；REF的输出信号经差动放大器A2的负引脚输出，差动放大器A2选择放大倍数为G′，差动放大器A2输出的信号再经过二阶低通滤波器进行过滤输出。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种涡流无损检测设备，其特征在于，包括依次连接的检测探头、交流电桥以及调理电路；
所述检测探头设置有在激励信号的作用下能够产生交变磁场的若干组检测线圈和参考线圈，能够在位于缺陷处时基于检测线圈的阻抗变化产生缺陷信号；
所述交流电桥能够对缺陷信号进行调制并输出一个与激励信号的频率相同但幅值和相位不同的交流信号；
所述调理电路用于从交流信号中提取缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的涡流无损检测设备，其特征在于，还包括供电源、能够产生激励信号的激励源以及与调理电路的输出端连接的显示模块。
3.根据权利要求1所述的涡流无损检测设备，其特征在于，所述检测探头包括线圈支架，所述线圈支架整体呈筒状，该线圈支架的弧形面上设置有若干个用于固定线圈的凹槽，且位于所述线圈支架轴向的端面上开设有用于接入连接线圈的信号线的接线孔。
4.根据权利要求3所述的涡流无损检测设备，其特征在于，所述检测线圈和参考线圈均是采用FPC技术加工的矩形线圈，两者长、宽及线圈匝数相同，并交替固定在所述凹槽内，相邻的检测线圈和参考线圈为一组。
5.根据权利要求2所述的涡流无损检测设备，其特征在于，一组检测线圈的一端与参考线圈的一端串联后作为交流电桥的两臂通过信号线接入交流电桥，所述交流电桥还包括差动放大器A1以及电阻R1、R2，其中R1的一端与R2的一端串联，所述电阻R1的另一端与检测线圈的另一端连接后与差动放大器A1的正引脚相接，所述电阻R2的另一端与参考线圈的另一端连接后与差动放大器A1的负引脚相接，所述激励源Vi的正极与电阻R1、R2的中间位置连接、负极与一组检测线圈和参考线圈的中间位置连接。
6.根据权利要求5所述的涡流无损检测设备，其特征在于，所述调理电路包括乘法器U1、基准电压源REF、差动放大器A2、二阶低通滤波器LPF、电阻R3以及电容C1，其中所述乘法器U1的正输入端与差动放大器A1的输出端连接、负输入端与激励源Vi的正极连接、输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C1的一端以及差动放大器A2的正输入端连接，电容C1的另一端接地，差动放大器A2的负输入端与基准电压源REF的输出相连，差动放大器A2的输出经二阶低通滤波器LPF过滤后输出缺陷信息，所述二阶低通滤波器LPF的输出端与显示模块连接。
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