專利名稱：一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法
技術領域：
本發明涉及一種鎳鍍層厚度的檢測方法，特別是涉及一種以渦流檢測技術 來實現鐵基體上鎳鍍層厚度的測厚方法。
技術背景鎳是一種銀白色的鐵磁性金屬。密度8.9克/厘米3,熔點1455'C。具有鐵磁 性和延展性，能導電和導熱。鎳還具有良好的抗氧化性，常溫下，鎳在潮濕空 氣中表面形成致密的氧化膜，不但能阻止繼續被氧化，而且能耐堿、鹽溶液的 腐蝕。實驗證明純度為99%的鎳，20年內不會發生銹痕。鎳的抗腐蝕能力很 強，尤其是對苛性堿的抗蝕能力強，在50%的沸騰苛性鈉溶液中鎳每年的腐蝕 速度不超過25微米。鎳的強度和塑性也很好，可承受各種壓力加工。正是由于 鎳所具有的特性，因此，鎳常被用來作為鐵基體上的防蝕鍍層。為了知道鎳鍍 層的厚度，通常需要對鐵基體上的鎳鍍層進行測厚，現有的測厚方法一般是采 用"金屬和氧化物覆蓋層橫斷面厚度顯微鏡測量方法"，將被測量物件切開，使 被測物件的橫斷面露出來，然后，通過顯微鏡對物件橫斷面進行測量，以獲得 物件中鐵基體上鎳鍍層的厚度，但是，這種測量方法容易造成對物件的損壞， 比如，需要測量發動機缸體的鐵基體上的鎳鍍層厚度時，就需要將發動機缸體 切下一部分，使發動機的缸體遭到破壞，因而，現有的這種方法，不適宜于對 所有含鎳鍍層鐵基體的物件進行鎳鍍層的厚度測量。發明內容本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種鐵基體上鎳鍍層的無損
測厚方法。該方法是建立在渦流檢測技術的基礎上，以無損檢測的方式對所有 含鎳鍍層鐵基體的物件進行鎳鍍層的厚度測量，具有設備成本低、攜帶方便、 檢測過程簡單直觀、檢測速度快、可現場即時獲取檢測結果、測定結果準確的 特點。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種鐵基體上鎳鍍層的無損 測厚方法，包括標定和實測兩個過程 在標定過程，它包括如下步驟a. 選擇若干塊由鐵基體和鐵基體上的鎳鍍層構成的試樣，各試樣的鐵基體 材質、厚度相同，鎳鍍層厚度不相同；b. 用渦流傳感器對試樣中鍍有鎳層的一面進行檢測，渦流傳感器的激勵線 圈由波形發生器所發出的一個預置信號激勵，該激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體 所產生的渦流感應信號由渦流傳感器的檢測線圈拾取；C.渦流傳感器的檢測繞組線圈拾取的渦流感應信號經前置放大、相敏檢波、 相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統；d. 在計算機系統內渦流傳感器的檢測繞組線圈拾取的渦流感應信號被處理 成與鎳鍍層已知厚度相對應的數據；e. 用渦流傳感器分別對不同試樣中鍍有鎳層的一面進行檢測，重復步驟b 至d，得到若干鎳鍍層的不同己知厚度所一一對應的數據；f. 由計算機系統將獲得的鎳鍍層的不同已知厚度所一一對應的數據處理成 以所述數據為變量的與鎳鍍層的厚度相對應的函數表達關系；若鐵基體的導電/導磁性不同，則會導致鎳鍍層的測量誤差，此時，必須先 用渦流傳感器測試不同鐵基體的電磁感應基準值，并在加鍍層后的檢測值中予 以修正；此外，對于表面變化曲率較大的被測物，也可通過制作不同的試塊進
行測試，建立相關曲線，對檢測結果進行修正； 在實測過程，它包括如下步驟g. 用前述具有激勵線圈和檢測線圈的渦流傳感器對實測物件的鐵基體上鎳 鍍層的一面進行探測，渦流傳感器的激勵線圈由波形發生器所發出的一個預置 信號激勵，該激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的復合電磁感應信號由渦流 傳感器的檢測線圈拾取；h. 渦流傳感器的檢測線圈拾取的實測物件的渦流感應信號經前置放大、相 敏檢波、相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統；由計算機系統將 渦流傳感器的檢測線圈拾取的實測物件的渦流感應信號處理成對應的數據；i. 在計算機系統內，上一步驟所述對應的數據被帶入以數據為變量的與鎳 鍍層的厚度相對應的函數表達關系中，進而獲得實測物件的鎳鍍層的厚度。在使用中，本發明是采用了渦流檢測技術來實現鐵基體上鎳鍍層厚度的無 損檢測，渦流檢測是建立在電磁感應原理基礎之上的一種無損檢測方法。當載 有交變電流的檢測線圈靠近金屬體時，由于線圈磁場的作用，金屬體中會感生 出渦流，渦流的大小、相位及流動形式受到金屬體電磁性能等的影響，如金屬 體的電導率、磁導率、大小、形狀等，金屬體中的渦流也會產生自己的磁場， 渦流磁場的作用改變了原磁場的強弱，進而導致線圈電壓和阻抗的改變。本發 明中，當載有交變電流的渦流傳感器靠近被測物件時，由于激勵繞組線圈磁場 的作用，在被測物件的鐵基體和鎳鍍層中都會感生出渦流，鐵基體、鎳鍍層中 渦流的大小、相位及流動形式各自受到鐵、鎳電磁性能等的影響，由于鐵的電 導率比鎳的電導率相差許多，雖然鐵基體和鎳鍍層中的渦流都會產生自己的磁 場，但是，由于鎳鍍層較薄，大部分渦流場能穿透進入鐵基體，并在鐵基體中 逐漸衰減，鎳鍍層厚薄變化的影響將改變渦流反射磁場的強弱，即鎳鍍層表面
渦流場的變化會導致渦流傳感器檢測線圈電壓和阻抗的改變。根據這一變化， 利用阻抗分析法和采用歸一化處理的方法就可以間接地得知鎳鍍層的厚度。本發明的有益效果是，由于采用了設置若干己知鎳鍍層厚度的試樣，通過 將具有激勵線圈和檢測線圈的渦流傳感器對試樣中鍍有鎳鍍層的表面進行檢 測，渦流傳感器的激勵線圈由波形發生器所發出的一個預置信號激勵，該激勵 信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的復合電磁感應信號由渦流傳感器的檢測線圈 拾取，檢測線圈獲得的渦流感應信號經計算機系統處理后得到鎳鍍層已知厚度 相對應的數據，從而建立一個鎳鍍層關于厚度的模型，在實測中，借助于該模 型，利用同樣的方式可以獲得被測物件鐵基體上鎳鍍層的厚度，該方法是以無 損檢測的方式實現對鐵基體上鎳鍍層的厚度測量，適用于對所有含鎳鍍層鐵基 體的物件進行鎳鍍層的厚度測量，而且具有設備成本低、攜帶方便、檢測過程 簡單直觀、檢測速度快、可現場即時獲取檢測結果、測定結果準確的特點。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明；但本發明的一種鐵基體上鎳 鍍層的無損測厚方法不局限于實施例。本發明的一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法，包括標定和實測兩個過程: 在標定過程，它包括如下步驟步驟a.選擇數塊由鐵基體和鐵基體上的鎳鍍層構成的試樣，試樣的鐵基體 厚度相同，鎳鍍層厚度分別取不同的值(試樣越多，測量精度越高)；步驟b.用渦流傳感器貼靠在某一塊試樣中設有鎳鍍層一面的表面進行探 測，渦流傳感器的激勵繞組線圈由波形發生器所發出的一個預置信號激勵，該 激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的渦流感應信號由渦流傳感器的檢測繞組 線圈拾取； 步驟C.渦流傳感器的檢測線圈拾取的渦流感應信號經前置放大、相敏檢波、相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統;步驟d.在計算機系統內渦流傳感器的檢測線圈拾取的渦流感應信號被處理 成與該塊試樣的鎳鍍層已知厚度相對應的數據，即鎳鍍層厚度與檢測線圈阻抗 的對應數據；步驟e.用渦流傳感器分別對其它不同試樣中鍍有鎳鍍層的一面進行檢測， 重復步驟b至d,得到一組鎳鍍層厚度與檢測線圈阻抗所對應的數據；步驟f.由計算機系統將獲得的不同鎳鍍層厚度所對應的檢測數據處理成以 所述數據為變量的、與鎳鍍層厚度相對應的函數表達關系，即鎳鍍層厚度與檢 測線圈阻抗的對應變化圖；若鐵基體的導電/導磁性不同，則會導致鎳鍍層的測量誤差，此時，必須先 用渦流傳感器測試不同鐵基體的電磁感應基準值，并在加鍍層后的檢測值中予 以修正；此外，對于表面變化曲率較大的被測物，也可通過制作不同的試塊進 行測試，建立相關曲線，對檢測結果進行修正；在實測過程，比如對發動機的缸體進行測量，它包括如下步驟步驟g.用前述具有激勵線圈和檢測線圈的渦流傳感器對發動機缸體的鐵基 體上鎳鍍層的一面進行檢測，渦流傳感器的激勵線圈由波形發生器所發出的一 個預置信號激勵，該激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的感應信號由渦流傳 感器的檢測線圈拾取；步驟h.渦流傳感器的檢測線圈拾取的發動機缸體的渦流感應信號經前置放 大、相敏檢波、相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統；由計算機 系統將渦流傳感器的檢測線圈拾取的發動機缸體的渦流感應信號處理成對應的 數據；
步驟i.在計算機系統內，上一步驟所述對應的數據被代入以數據為變量的 與鎳鍍層的厚度相對應的函數表達關系中，即根據鎳鍍層厚度與檢測線圈阻抗 的對應變化圖線，由測得的阻抗變化數值，進而獲得發動機缸體的鎳鍍層的厚 度。本發明的一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法，可以采用測厚裝置來實現, 該測厚裝置包括信號發生器、渦流傳感器、前置放大相敏檢波電路、平衡濾波 電路、數字式相位旋轉電路、可調增益放大器、模/數轉換電路、計算機系統； 信號發生器由計算機系統的CPU控制的具有石英晶體穩定度的可變頻率波形發 生器構成；渦流傳感器包括有激勵線圈和檢測線圈。在使用中，本發明是采用了渦流檢測技術來實現鐵基體上鎳鍍層厚度的無 損檢測，渦流檢測是建立在電磁感應原理基礎之上的一種無損檢測方法。當載 有交變電流的檢測線圈靠近金屬體時，由于線圈磁場的作用，金屬體中會感生 出渦流，渦流的大小、相位及流動形式受到金屬體電磁性能等的影響，如金屬 體的電導率、磁導率、大小、形狀等，金屬體中的渦流也會產生自己的磁場， 渦流磁場的作用改變了原磁場的強弱，進而導致線圈電壓和阻抗的改變。本發 明實施例中，當載有交變電流的渦流傳感器靠近發動機缸體時，由于激勵線圈 磁場的作用，在被測物件的鐵基體和鎳鍍層中都會感生出渦流，鐵基體、鎳鍍 層中渦流的大小、相位及流動形式各自受到鐵、鎳電磁性能等的影響，由于鐵 的電/磁導率比鎳的電/磁導率相差許多，雖然鐵基體和鎳鍍層中的渦流都會產 生自己的磁場，但是，由于鎳鍍層較薄，大部分渦流場能穿透進入鐵基體，并 在鐵基體中逐漸衰減，鎳鍍層厚薄變化的影響將改變渦流反射磁場的強弱，即 鎳鍍層表面渦流場的變化會導致渦流傳感器檢測線圈電壓和阻抗的改變。根據 這一變化，利用阻抗分析法和采用歸一化處理的方法，通過先對試樣測試建立已知厚度鎳鍍層與檢測線圈阻抗之間的對應關系，就可以間接地得知發動機缸 體的鎳鍍層的厚度。上述實施例僅用來進一步說明本發明的鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法， 但本發明并不局限于實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的 任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法，其特征在于包括標定和實測兩個過程在標定過程，它包括如下步驟a.選擇若干塊由鐵基體和鐵基體上的鎳鍍層構成的試樣，各試樣的鐵基體材質、厚度相同，鎳鍍層厚度不相同；b.用渦流傳感器對試樣中鍍有鎳層的一面進行檢測，渦流傳感器的激勵線圈由波形發生器所發出的一個預置信號激勵，該激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的渦流感應信號由渦流傳感器的檢測線圈拾取；c.渦流傳感器的檢測繞組線圈拾取的渦流感應信號經前置放大、相敏檢波、相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統；d.在計算機系統內渦流傳感器的檢測繞組線圈拾取的渦流感應信號被處理成與鎳鍍層已知厚度相對應的數據；e.用渦流傳感器分別對不同試樣中鍍有鎳層的一面進行檢測，重復步驟b至d，得到若干鎳鍍層的不同已知厚度所一一對應的數據；f.由計算機系統將獲得的鎳鍍層的不同已知厚度所一一對應的數據處理成以所述數據為變量的與鎳鍍層的厚度相對應的函數表達關系；在實測過程，它包括如下步驟g.用前述具有激勵線圈和檢測線圈的渦流傳感器對實測物件的鐵基體上鎳鍍層的一面進行探測，渦流傳感器的激勵線圈由波形發生器所發出的一個預置信號激勵，該激勵信號透過鎳鍍層在鐵基體所產生的復合電磁感應信號由渦流傳感器的檢測線圈拾取；h.渦流傳感器的檢測線圈拾取的實測物件的渦流感應信號經前置放大、相敏檢波、相位旋轉、數控放大后由模/數接口送入計算機系統；由計算機系統將渦流傳感器的檢測線圈拾取的實測物件的渦流感應信號處理成對應的數據；i.在計算機系統內，上一步驟所述對應的數據被帶入以數據為變量的與鎳鍍層的厚度相對應的函數表達關系中，進而獲得實測物件的鎳鍍層的厚度。
2. 根據權利要求1所述的一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法，其特征在 于還包括修正在各試樣的鐵基體的導電/導磁性不同時，先用渦流傳感器測試不同鐵基體 的電磁感應基準值，并在加鍍層后的檢測值中予以修正；對于表面變化曲率較大的被測物，通過制作不同的試塊進行測試，建立相 關曲線，對檢測結果進行修正。
全文摘要
本發明公開了一種鐵基體上鎳鍍層的無損測厚方法，該方法是采用設置若干已知鐵基體上鎳鍍層厚度的試樣，通過將具有激勵線圈和檢測線圈的渦流傳感器對試樣的鍍有鎳鍍層一面的表面進行檢測，由激勵線圈發出激勵信號，檢測線圈獲得的渦流感應信號經處理后得到鐵基體上鎳鍍層已知厚度相對應的渦流檢測數據，從而建立一個鐵基體上鎳鍍層的厚度模型，在實測中，借助于該模型，利用同樣的方式可以獲得被測鐵基體上鎳鍍層的厚度。該方法為無損檢測，適用于對所有含鎳鍍層鐵基體的物件進行鎳鍍層的厚度測量，具有檢測設備成本低、攜帶方便、操作簡單、直觀、檢測速度快、可現場即時獲取檢測結果、測定結果準確等優點。
文檔編號G01B21/08GK101131314SQ200610069899
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月22日 優先權日2006年8月22日
發明者徐濱士, 林俊明, 董世運 申請人:愛德森(廈門)電子有限公司;中國人民解放軍裝甲兵工程學院