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电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，包括单片机，单片机产生周期性触发脉冲到振荡器，振荡器的输出与探头连接，将振荡器产生的正弦激励信号传输到探头上，探头向试件发射正弦激励信号，并采集试件的反射信号输出给信号检出电路，信号检出电路从试件反射信号中提取出对裂纹缺陷敏感的部分并输送给放大器，放大器与A/D转换电路连接，将放大后的信号转换成数字信号后输送给单片机，单片机对输入信号进行处理判断后驱动蜂鸣器，并通过IED显示器显示裂纹缺陷的相对大小。本发明是一种结构简单、灵敏度高且便于携带的金属表面和近表面裂纹检测装置。
【专利说明】电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统无损检测【技术领域】，尤其是一种电网金属材料电磁脉冲涡流 检测装置。

【背景技术】
[0002] 电网金属材料形状复杂，传统的表面检测方法如磁粉、渗透已不能完全适用。涡流 检测是近年来发展较快的一种无损检测技术，对表面开口裂纹很灵敏，在表面涂层、表面粗 糙、潮湿等恶劣环境下也能开展检测工作，具有结构简单、灵敏度高、频率响应特性好以及 测试电路简单等优点，特别适用于形状复杂的电网金属材料的疲劳裂纹和表面应力裂纹的 检测工作。脉冲涡流所具有的宽频特性使它非常适合于金属深层的裂纹检测而且激励的脉 冲特性使涡流在金属中存在一个很高的峰值易于观察和测量。而且脉冲特性能够进行传统 涡流检测所不能进行的瞬态分析。电磁脉冲涡流可以实现材料的表面检测，而在目前并没 有针对电网金属材料电磁脉冲涡流检测的专用装置，需要进行仪器试制。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电网金属材料电磁脉冲涡流检 测装置。
[0004] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0005] -种电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，包括单片机，单片机产生周期性触发 脉冲，触发脉冲输入到振荡器，振荡器的输出与探头连接，将振荡器产生的正弦激励信号传 输到探头的激励线圈上，激励线圈置于被检测试件上，向试件发射正弦激励信号，探头的检 测线圈采集试件的反射信号，检测线圈将采集的试件反射信号输出给信号检出电路，信号 检出电路从试件反射信号中提取出对裂纹缺陷敏感的部分并输送给放大器，放大器与A/D 转换电路连接，将放大后的信号转换成数字信号后输送给单片机，单片机对输入信号进行 处理判断后，驱动蜂鸣器，并通过IED显示器显示裂纹缺陷的相对大小。
[0006] 而且，所述探头包括缠绕在U型磁体上的激励线圈，在U型磁体的开口中心点处安 置有与U型磁体平面垂直的磁棒，在磁棒上缠绕有检测线圈，所述激励线圈与检测线圈相 互垂直，激励线圈的两端为与试件位置相对应的激励端，检测线圈感应涡流反磁场的变化， 并由检测线圈的输出端输出，由硬件电路转化为电信号。
[0007] 而且，所述振荡器是一个产生激励信号的LC振荡电路。
[0008] 而且，所述信号检出电路包括放大电路，放大电路的输出与用来消除各种干扰的 滤波电路连接，滤波电路与信号选择电路连接，信号选择电路与峰值运算电路连接，峰值运 算电路对时时采集到的电流信号进行跟踪，将电流信号的峰值选择出，并转换成直流信号 输出给A/D转换电路。
[0009] 其中，滤波电路前端采用高通滤波器用于滤除电源谐波造成的工频干扰和移动探 头时的杂波干扰，第二级采用受信号选择电路控制的带通滤波器。
[0010] 其中，信号选择电路由电容矩阵和电位器组成。
[0011] 其中，峰值运算电路具体采用由采样保持器和比较器组成的电路。
[0012] 而且，所述单片机具体采用MCS8051型号的单片机，所述A/D转换电路具体采用的 型号为AD14433,单片机通过P0接口接收A/D转换电路输出的信号，单片机的P2接口与蜂 鸣器的开关控制接口连接，单片机的P1接口与LED显示屏的驱动接口连接。
[0013] 本发明的优点和积极效果是：
[0014] 本发明计划设计制作一种结构简单、灵敏度高且便于携带的金属表面和近表面裂 纹检测装置，该装置应用电磁脉冲涡流探伤的基本原理，采用磁性材料制作一种精细的涡 流传感器，用于前端提取微弱的裂纹信号，后台应用单片机控制电路，处理提取的滤波、放 大、A/D转换等信号，最后由单片机驱动声、光报警，当发现缺陷时，蜂鸣器发出声音警报， 并同时点亮不同个数的LED，显示裂纹的相对深度。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1是本发明装置的构成图；
[0016] 图2是本发明装置中探头的结构原理图；
[0017] 图3是本发明振荡器的电路原理图；
[0018] 图4是本发明中信号检出电路的框图；
[0019] 图5是本发明信号检出电路中峰值运算电路的原理图；
[0020] 图6是本发明中单片机与AD转换电路的连接原理图；
[0021] 图7是本发明中单片机控制原理图。

【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0023] 一种电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，包括单片机，单片机产生周期性触发 脉冲，触发脉冲输入到振荡器，振荡器的输出与探头连接，将振荡器产生的正弦激励信号传 输到探头的激励线圈上，激励线圈置于被检测试件上，向试件发射正弦激励信号，探头的检 测线圈采集试件的反射信号，检测线圈将采集的试件反射信号输出给信号检出电路，信号 检出电路从试件反射信号中提取出对裂纹缺陷敏感的部分并输送给放大器，放大器与A/D 转换电路连接，将放大后的信号转换成数字信号后输送给单片机，单片机对输入信号进行 处理判断后，驱动蜂鸣器，并通过IED显示器显示裂纹缺陷的相对大小。
[0024] 在本发明的具体实施中，如图2所示，所述探头包括缠绕在U型磁体2上的激励线 圈1,在U型磁体的开口中心点处安置有与U型磁体平面垂直的磁棒4,在磁棒上缠绕有检 测线圈3,所述激励线圈与检测线圈相互垂直，激励线圈的两端为与试件位置相对应的激励 端，在激励线圈上通以一定频率的正弦波，当探头沿着试件表面移动时，试件表面在交变磁 场作用下会产生一定分布和大小的涡流，当有裂纹时，涡流分布和大小会发生相应的改变， 检测线圈感应涡流反磁场的变化，并由检测线圈的输出端输出，由硬件电路转化为电信号， 通过变化情况可反映缺陷的情况。
[0025] 在本发明的具体实施中，如图3所示，所述振荡器为激励信号产生电路，该电路包 括一个由电阻R2和PNP三极管组成的开关电路，及与开关电路连接的由电阻R1与电容Cl 及激励线圈L1并联后与二极管D1串联组成的LC振荡电路，图中L2为检测线圈，单片机产 生周期性触发脉冲后通过该激励信号产生电路产生激励信号，激励信号是一个近似的正弦 波，LC振荡电路的优点是结构简单，容易起振，频率便于调整。
[0026] 在本发明的具体实施中，所述信号检出电路包括将微弱的电压信号放大到适合是 值（2V左右）以便后级处理的放大电路，以及用来消除各种干扰的滤波电路。滤波电路与 信号选择电路连接，信号选择电路通过控制滤波器的带通频率来选通所需信号，同时控制 振荡器的输出频率，其控制频率范围为：100Hz--6MHz。信号选择电路与峰值运算电路连 接，峰值运算电路对时时采集到的电流信号进行跟踪，将电流信号的峰值选择出，并转换成 直流信号输出给A/D转换电路。
[0027] 其中，滤波电路前端采用高通滤波器用于滤除电源谐波造成的工频干扰和移动探 头时的杂波干扰，第二级采用带通滤波器受信号选择电路控制，用于选择不同的渗透深度 缺陷所反应的频率，仅允许选通信号通过，其带通频率调节范围为100Hz--6MHz，对应的 渗透深度为〇 - 9. 99_。
[0028] 其中，信号选择电路由电容矩阵和电位器组成，采用特定匹配电路进行处理，通过 改变与滤波器匹配的滤波电容参数值和电位器电阻值来改变滤波器的带通频率，选择出与 裂纹渗透深度及不同形式损伤相匹配的不同形式频率分量信号，从而可根据不同的渗透深 度选择不同的频率，筛选出与这一深度相适应的频率而抑制其他干扰频率，由此能对不同 深度缺陷、不同形式损伤进行有效的检测。
[0029] 其中，峰值运算电路具体采用由采样保持器和比较器组成，如图5所示，当Vi>Vo 时，A1输出为高电平，二极管VD导通给电容CAp充电并控制A2采样，当经过峰值后，Vi〈Vo， A1输出为低电平，二极管VD反向截止，电容CAp继续保持电压，并给A2续航使此时的A2继 续输出Vo, S卩，峰值被保持并转换成直流信号，送给AD进行采样，并以此作为单片机启动A/ D的信号，开始采样。峰值采样电路有两个功能：采样和保持。采样值保持时间，根据输出 频率自动设置。我们所研制的涡流电导仪，由于通常标准信号在10kHz以一下，频率较低， 因此A1、A2采用LF398这样的峰值采样电路。其效果较好。
[0030] 在本发明的具体实施中，所述放大电路具体采用差动形式的放大电路，该放大电 路是将检测线圈输出的10- 200mV微弱信号放大到1-2V幅值。
[0031] 在本发明的具体实施中，如图6所示，所述单片机具体采用MCS8051型号的单片 机，所述A/D转换电路具体采用的型号为AD14433,单片机通过P0接口接收A/D转换电路 输出的信号，单片机的P2接口与蜂鸣器的开关控制接口连接，以不同频率节奏脉冲形式的 触发信号驱动蜂鸣器报警，单片机的P1接口与LED显示屏的驱动接口连接，以数字形在式 LED显示屏上显示渗透深度及测试时间。
[0032] 单片机的信号处理原理
[0033] 如图7所示，所述单片机对输入信号的处理过程为：
[0034] (1)控制信号又作为单片机的外部中断输入信号，中断触发方式为边沿触发方式， 以此作为单片机启动A/D的信号，开始采样。用单片机的一个I/O 口，作为采样保持器的控 制口线，中断信号来之前，该控制口线置为采样所需电平（对LF398为高电平），中断信号来 后，置为保持电平（对LF398为低电平），并启动A/D开始采样数据。
[0035] (2)单片机从A/D转换器AD14433中获得数字电压值，将其线性的折算成渗透深 度，并将该渗透深度按测量点和时间存到RAM6264存储器中，同时液晶显示器中显示该测 量点该测量时刻的渗透深度和该测量时间。当检测到的裂纹或损伤超过设定值时，蜂鸣器 发出急促的报警声。
[0036] 测量完成后，存放在RAM6264中各测量点不同时刻的位移数据，可以根据需要按 测量点通过微型打印机打印输出，也可以通过RS232串行通讯接口将各个测量点不同时刻 的位移数据送到PC计算机中再处理。
【权利要求】
1. 一种电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，其特征在于：包括单片机，单片机产生 周期性触发脉冲，触发脉冲输入到振荡器，振荡器的输出与探头连接，将振荡器产生的正弦 激励信号传输到探头的激励线圈上，激励线圈置于被检测试件上，向试件发射正弦激励信 号，探头的检测线圈采集试件的反射信号，检测线圈将采集的试件反射信号输出给信号检 出电路，信号检出电路从试件反射信号中提取出对裂纹缺陷敏感的部分并输送给放大器， 放大器与A/D转换电路连接，将放大后的信号转换成数字信号后输送给单片机，单片机对 输入信号进行处理判断后，驱动蜂鸣器，并通过IED显示器显示裂纹缺陷的相对大小。
2. 根据权利要求1所述的电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，其特征在于：所述探 头包括缠绕在U型磁体上的激励线圈，在U型磁体的开口中心点处安置有与U型磁体平面 垂直的磁棒，在磁棒上缠绕有检测线圈，所述激励线圈与检测线圈相互垂直，激励线圈的两 端为与试件位置相对应的激励端，检测线圈感应涡流反磁场的变化，并由检测线圈的输出 端输出，由硬件电路转化为电信号。
3. 根据权利要求1所述的电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，其特征在于：所述振 荡器是一个产生激励信号的LC振荡电路。
4. 根据权利要求1所述的电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，其特征在于：所述信 号检出电路包括放大电路，放大电路的输出与用来消除各种干扰的滤波电路连接，滤波电 路与信号选择电路连接，信号选择电路与峰值运算电路连接，峰值运算电路对时时采集到 的电流信号进行跟踪，将电流信号的峰值选择出，并转换成直流信号输出给A/D转换电路， 其中，滤波电路前端采用高通滤波器用于滤除电源谐波造成的工频干扰和移动探头时 的杂波干扰，第二级采用受信号选择电路控制的带通滤波器， 其中，信号选择电路由电容矩阵和电位器组成， 其中，峰值运算电路具体采用由采样保持器和比较器组成的电路。
5. 根据权利要求1所述的电网金属材料电磁脉冲涡流检测装置，其特征在于：所述单 片机具体采用MCS8051型号的单片机，所述A/D转换电路具体采用的型号为AD14433,单片 机通过P0接口接收A/D转换电路输出的信号，单片机的P2接口与蜂鸣器的开关控制接口 连接，单片机的P1接口与LED显示屏的驱动接口连接。
【文档编号】G01N27/90GK104090023SQ201410229769
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】程明, 安戈, 文黎, 叶芳, 曹建伟, 陈韶瑜, 温力, 李庆钊 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司