高速漏磁检测中的涡流效应

高速漏磁检测中的涡流效应

丢失磁强检测广泛应用于各种铁磁性材料的损失事件中，尤其是在管道的自动探测线上。随着社会生产的快速发展,企业对钢管的探伤效率要求也逐渐提高,如有要求将探伤设备直接穿插在钢管高速生产线中,这样就形成了速度为0~10m/s的钢管高速探伤要求。漏磁检测技术中存在着钢管的局部磁激励作用,在钢管低速扫描运行时,钢管的局部磁激励作用产生的其他电磁效应的表现不太突出,所以对伤的漏磁检测信号的影响不明显;但当钢管的运行速度增大到一定程度时,就会在钢管局部的磁化区产生其他电磁效应,从而影响伤的漏磁检测信号的输出。所以,对高速漏磁检测中的速度效应研究较为重要。目前,在漏磁检测速度效应的研究中往往由于缺少高速漏磁检测的实验装备,导致对速度效应的实验验证研究并不多,大多仅停留在仿真分析等手段上。文献[7-11]提出了基线漂移这一说法,但这些研究均只局限于仿真分析等层面上,很少有后续的实验验证,其主要原因就是高速漏磁检测的实验装置组建较复杂。因此,本文介绍了组建的高速漏磁检测装置,并在此装置上进行速度效应的实验研究。1高速漏磁检测实验系统检测速度接近10m/s或者更高的直线扫描运动型检测实验装置的组建较复杂,特别是如果采用常用的长10m左右的钢管作为实验样管的话。所以,采用将直线扫描转化为旋转扫描的运动方式,可大大简化实验装置从而降低其组建难度,并且旋转扫描速度可以直接由变频器控制电机转速来实现无级调节。高速漏磁检测实验系统如图1所示。其中,铁圆环(内径260mm,外径300mm)作为被测试件,刻有尺寸为1mm×2mm×20mm(宽×深×长)的径向人工伤。采用双磁轭式磁化方式在铁圆环上建立局部环向磁化场,在中间布置霍尔元件。所感应到的磁场信息通过两种方式进行显示:一种是经过滤波放大预处理后由专有软件分析系统显示,另一种是无信号预处理直接连接示波器观察。其中,在数据放大过程中,采用交流放大和直流放大两种方式。通过变频调速器,可实现相对扫描速度0~15m/s可调。2测试信号的影响按照通常的漏磁检测系统信号处理方式,先采用经过滤波放大等途径获得铁圆环上人工伤的检测信号。随着扫描速度从1m/s逐级增大到12m/s,从采集分析软件上观察发现人工伤信号幅值在逐渐减小,且直流信号处理通道上的检测信号波形基线存在漂移(交流通道上则没有漂移),扫描速度增大时经滤波放大后的检出信号变化情况如图2所示。出现该现象的原因有3个方面:(1)采集卡中滤波电路对检测信号的影响;(2)扫描速度提高后产生的涡流影响;(3)软件采样丢点影响。首先,分别去除交流或直流放大电路的电容器,获得低速和高速的人工伤检测信号。除去直流或交流放大电容器后所获得的人工伤检测信号分别如图3~4所示。从图3~4可以看出:数据采集卡上的采样点数不够,存在采样丢点的问题,所以导致有些采样点来不及显示而出现信号截断现象;但从未截断的人工伤检测信号来看,低速(1m/s)与高速(12m/s)检测时扫描获得信号幅值接近,即信号幅值变化不大。另外,对于直流通道来说,其检测信号波形基线发生漂移。然后,直接将霍尔元件的输出端与示波器连接,观察人工伤检出原始波形信号,获得如图5所示的低速(1m/s)和高速(12m/s)检测观察信号,从中可以发现人工伤检出信号(原始输出值)变化不大,但基线存在漂移,这与经过修改后的放大滤波电路所获得的检出信号对比情况一致。上述分析基本证实了霍尔元件检测的漏磁信号幅值与扫描速度(0~12m/s)关系不大,但存在检测信号波形基线发生漂移的现象。在上述实验中,高速(12m/s)下信号幅值减小是因采集卡中放大电路的滤波作用,去掉放大电路中的电容器即可消除该影响。数据采集丢点问题可以通过更换采样频率更高的采集卡来完成,但在扫描速度为8m/s时已经接近采集要求。3铁拾遗磁线检测结果分析从上述实验中可以确定检测波形信号的基线确实存在漂移,初步认为是由涡流效应产生的。为了证实该观点,在铁圆环高速旋转时进行如下测试:(1)将万用表的一个表笔放在铁圆环内圆附近,另一个表笔放在铁圆环外圆附近,测得铁圆环径向电压为12mV;(2)将万用表的一个表笔放在磁铁附近的铁圆环上表面,另一个放在铁圆环下表面,测得铁圆环上下表面间电压为20mV;(3)不断改变表笔位置,连续测量铁圆环转动入口到出口方向的上下两表面间电压,铁圆环上下表面间电压的变化规律为+30mV—0—-30mV。上述测试表明:铁圆环磁化区确实存在涡流,且进入与离开磁化区存在的涡流方向刚好相反,中间存在涡流为0的界线。在实验(或实际检测应用)中,霍尔元件的布置位置通常会偏左或偏右,即不处于涡流为0的那个界线上,此时霍尔元件会拾取到左边(或右边)区域的圆环内部涡流产生分布于体外的二次磁场量,这就是所获得的检出信号波形基线漂移量。上述铁圆环磁化区的涡流分布与楞次定律相符合,同样适合穿过式线圈的钢管轴向磁化。就其分布特点,该涡流只是会改变磁敏感元件背景磁场的叠加,即影响检测信号输出的波形基线,但对缺陷异常波形幅值影响不大(至少在0~12m/s的扫描速度内是这样)。该分析结果与高速漏磁检测实验结果一致。4扫描速度的影响钢管漏磁检测(特别是高速漏磁检测)中存在的电磁特性效应其实是比较复杂的、多因素所致的,其中也包括由速度提高引起的涡流效应。通过采用将钢管直线高速扫描运动转换为圆环旋转高速扫描运动的实验方法与装置,发现在0~12m/s的扫描