一種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無損探傷技術領域，涉及一種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]電廠鍋爐用無縫鋼管主要用來制造水冷壁管、過熱汽管、再熱汽管、省煤器管等重要的電力生產設備，為了保障電力生產的安全穩定運行，需要對電力設備進行有計劃的檢測和維修，受檢測環境和檢測條件的限制，通常采用較方便的渦流檢測法對鍋爐鋼管進行無損檢測。
[0003]渦流檢測適用于金屬導體材料表面和近表面缺陷的無損檢測，在檢測實踐中應用廣泛。渦流探頭是渦流無損檢測系統的關鍵組成部分，對檢測系統性能具有決定性的影響作用。檢測線圈通常有穿過式、探頭式和插入式等三種，插入式線圈適用于管件或管道的內壁檢測；探頭式線圈適用于對試件進行局部探測；穿過式線圈通常用于對金屬管棒材表面或近表面上的缺陷進行無損檢測。但采用穿過式線圈檢測方式進行無損探傷時，線圈覆蓋的是管、棒或線材上一段長度的圓周，獲得的信息是整個圓環上影響因素的累積結果，對缺陷所處圓周上的具體位置無法判定，此外，在某些特殊應用場合，如針對火電廠鍋爐用小管徑鋼管(外徑< 100mm)的檢測，由于鋼管安裝緊密，檢測空間狹小，穿過式線圈法很難完成檢測作業。
[0004]中國專利“基于交直流復合磁化的漏磁檢測內外壁缺陷的識別方法(申請號:200810055891.5，公開號，CN101216460A) ”涉及了一種鋼管內外部缺陷檢測技術，能實現鋼管內外壁缺陷的區分識別，但該方法是將傳感器置于管壁內側進行渦流檢測，不適用于兩端封閉的在役鍋爐受熱面管的無損檢測。中國專利“一種受熱面管檢測用渦流探頭(申請號:201220205052.9，公開號，CN 202583124U) ”涉及一種能夠對電站鍋爐受熱面管進行穿過式渦流檢測的渦流探頭，由兩個半圓圈架及環形排架內壁上的排線帶構成，可以套入封閉的受熱面管進行檢測，但該方法僅能對布置間隙較大的直管段進行檢測，無法實現彎頭的渦流探傷，而鍋爐受熱面管的彎頭通常是應力集中部位，同時，在高溫煙氣和水蒸氣的作用下，也是發生氧化和腐蝕最嚴重的部位，屬于重點檢測部位。
[0005]因此，有必要設計一種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統及方法。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統及方法，該基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統及方法能用于兩端封閉的熱面管的彎頭部位的渦流檢測，操作方便，實用性強。
[0007]發明的技術解決方案如下:
[0008]—種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統，包括控制模塊、信號處理模塊和探頭；
[0009]所述的探頭為馬鞍形開放式雙通道渦流探頭，探頭具有一個下凹的圓弧面，探頭內設有I個激勵線圈和4個檢測線圈；4個檢測線圈兩兩一組分為2組，并分置于激勵線圈的兩側；1個激勵線圈和4個檢測線圈分別繞裝在5個線圈鐵芯上；
[0010]信號處理模塊包括信號發生器、放大電路、相敏檢波電路和整流濾波電路；
[0011]對待檢測的管體進行探測時，將探頭置于待檢測的管體上，探頭的圓弧面貼近管體的外壁；
[0012]信號發生器受控于控制模塊，信號發生器的輸出信號加載在激勵線圈上；
[0013]檢測線圈的輸出信號依次經放大電路、相敏檢波電路和整流濾波電路處理后進入控制模塊。
[0014]兩組檢測線圈對稱分布在激勵線圈兩側，每組檢測線圈中的2檢測線圈采用差動式連接方式。
[0015]信號發生器產生頻率范圍為1KHz?500KHZ的振蕩信號。
[0016]所述的基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測系統還包括與控制模塊相連的顯示模塊。
[0017]顯示模塊為雙屏、雙通道顯示模塊。
[0018]線圈鐵芯由多片0.2?0.5mm厚的硅鋼片疊置而成。
[0019]馬鞍形開放式雙通道渦流探頭整體上為具有一個下凹的圓弧面的馬鞍式結構，所述的下凹的圓弧面用于與圓管或圓柱形待測部件的圓弧形外壁相適配；
[0020]馬鞍形開放式雙通道渦流探頭包括外殼和設置在外殼內的I個激勵線圈和4個檢測線圈；4個檢測線圈兩兩一組分為2組，并分置于激勵線圈的兩側；1個激勵線圈和4個檢測線圈分別繞裝在5個線圈鐵芯上。下凹的圓弧面位于外殼上。
[0021]一種基于馬鞍形開放式雙通道渦流探頭的檢測方法，采用前述的檢測系統實施檢測；
[0022]將探頭置于待檢測的管體上，探頭的圓弧面貼近管體的外壁；
[0023]由探頭的激勵線圈將磁場加載至待檢測的管體上，再由渦流探頭中的兩組檢測線圈對檢測對象即待檢測的管體的反饋信號進行采集，采集的信號依次經放大電路、相敏檢波電路和整流濾波電路處理后進入控制模塊進行處理。
[0024]檢測時，將探頭沿著管體移動，移動過程中收集反饋信號，實現對直管或彎管的表面缺陷探測。
[0025]控制模塊與信號處理模塊通過RS232接口通信。
[0026]探頭為馬鞍式結構，具有一個下凹的圓弧面。探頭內具有平行的三條凹槽，中間的凹槽用于防止激勵線圈，兩側的凹槽分別用于放置2組檢測線圈。
[0027]探頭內具有平行的三條凹槽，凹槽的延伸方向與圓弧面的軸線垂直；中間的凹槽用于防止激勵線圈，兩側的凹槽分別用于放置2組檢測線圈。
[0028]渦流檢測探頭由一組激勵線圈和兩組檢測線圈組成，具有檢測范圍大和檢測靈敏度高的特點。
[0029]信號處理模塊能對渦流探頭反饋的信號進行放大、檢波和濾波處理。
[0030]信號發生器能為渦流探頭激勵線圈提供高頻振蕩信號，頻率范圍可達1KHz?500KHZ，具有較寬的頻率范圍。
[0031]相敏檢波電路能有效地減低缺陷處的漏磁對檢測結果的影響。
[0032]相敏檢波電路的主要功能:(I)抑制干擾信號；(2)判別信號相位和頻率。有半波相敏檢波器和全波相敏檢波器，本專利采用的是一種數字式全波相敏檢波電路，電路原理圖如圖8所示，相敏檢波為當前成熟技術。
[0033]圖中，ur(t)為參考信號，經整形電路后的輸出的Ul(t)是與被測信號us(t)同頻、同相的方波。此方波信號控制場效應管3DJ16從而控制電子開關的動作，決定場效應管漏極信號U1 (t)。差放A2對信號1!3和u 3進行合成，得到輸出信號u ο.
[0034]當場效應管截止時，運放A2工作在跟隨狀態；當場效應管導通時，A2工作在反相放大狀態。
[0035]控制及顯示模塊，用于數據處理和顯示，可以采用筆記本電腦，具有雙屏雙通道顯示界面，分別用于顯示兩組差動式檢測線圈的檢測反饋信號，可實現信號頻率、波形相位角、信號增益等參數的調節，并能對檢測結果進行計算和存儲。
[0036]所述的禍流探頭激勵線圈和檢測線圈，線圈鐵芯米用0.2?0.5mm厚的娃鋼片置制，硅鋼片前端呈弧面，能有效增大激勵磁場，提高檢測靈敏度。具體的，可以采用0.2mm,0.3mm、0.35mm 和 0.5mm 的厚度。
[0037]硅鋼片的頂部為與所述圓弧面適配的內凹的弧形；硅鋼片的兩側具有用于繞線的缺口，激勵線圈對應的鐵芯的硅鋼片尺寸為:寬度24mm(即底邊長度)，缺口的深度為2mm，缺口寬度為9mm，底部到弧線最低處為14mm，頂部具有半徑為0.5mm的倒角。
[0038]探測線圈對應的鐵芯的硅鋼片尺寸為:寬度15mm (即底邊長度)，缺口的深度為2mm，缺口寬度為8mm，底部到弧線最低處為13mm，頂部具有半徑為0.5mm的倒角。
[0039]系統包括控制及顯示模塊、信號處理模塊和渦流檢測探頭，其中信號處理模塊包括信號發生器、放大電路、相敏檢波電路以及整流濾波電路。
[0040]信號發生器產生高頻振蕩信號傳輸給渦流探頭中的激勵線圈，將磁場加載至檢測對象，再由渦流探頭中的兩組差動式連接的檢測線圈對檢測對象的反饋信號進行采集，信號處理模塊對渦流探頭反饋的信號進行放大、檢波和濾波處理，數據通過RS232接口輸出給控制及顯示模塊，對檢測結果進行雙屏顯示、計算和儲存。本發明具有較高的檢測準確度、靈敏度和較強的抗干擾能力，體積小、操作方便，能適用于電廠受熱面管彎頭部位的表面和近表面缺陷檢測。
[0041]硅鋼片的頂部為與所述圓弧面適配的內凹的弧形；硅鋼片的兩側具有用于繞線的缺口，激勵線圈對應的鐵芯的硅鋼片尺寸為:寬度24mm(即底邊長度)，缺口的深度為2mm，缺口寬度為9mm，底部到弧線最低處為14mm，頂部具有半徑為0.5mm的倒角。
[0042]探測線圈對應的鐵芯的硅鋼片尺寸為:寬度15mm (即底邊長度)，缺口的深度為2mm，缺口寬度