动态磁检测系统的制作方法

本实用新型涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种动态磁检测系统。

背景技术：

油气管道缺陷内检测技术与装备的工业化、实用化意义重大。

漏磁检测是目前国内外业已形成的管道缺陷内检测技术。漏磁检测技术是基于永磁铁提供的恒定磁场磁化检测区域管壁，通过霍尔传感器等磁场感测元件测量由管壁缺陷所产生的漏磁信号，根据漏磁信号特征识别管道缺陷信息。

漏磁检测一般只能检测腐蚀等尺度较大的缺陷，而对于裂纹等尺度较小的缺陷检测精度很差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种对尺度较小的缺陷检测精度高的动态磁检测系统，其中所述系统包括：

磁场施加装置，用于对具有铁磁性的待测物施加磁场；

动磁激励装置，用于产生瞬态激励磁场；

磁场探测装置，用于探测待测物周围的感应磁信号。

在一个实施例中，所述磁场施加装置包括永久磁铁或电磁铁。

在一个实施例中，所述动磁激励装置包括动磁激励线圈。

在一个实施例中，所述动态磁检测系统还包括高频脉冲电流发生装置，与所述动磁激励装置电连接。

在一个实施例中，所述高频脉冲电流发生装置包括金属氧化物半导体场效应晶体管，用于产生脉冲激励电流，所述脉冲激励电流的脉宽为1-5μs、上升沿和下降沿分别为0.05-0.2μs。

在一个实施例中，所述磁场探测装置包括接收线圈，所述接收线圈为差分接收线圈，所述差分接收线圈包括第一接收线圈和第二接收线圈，所述第一接收线圈和第二接收线圈反向绕制，且所述第一接收线圈和第二接收线圈首尾相连。

在一个实施例中，所述动态磁检测系统还包括与所述磁场探测装置连接的希尔伯特变换器，用于将所述磁信号进行希尔伯特变化。

在一个实施例中，所述动态磁检测系统还包括：

第一低噪声放大器，设置在所述希尔伯特变换器和所述磁场探测装置之间；

第二低噪声放大器，连接于所述希尔伯特变换器信号输出端；

低通滤波器，设置在所述希尔伯特变换器和所述第二低噪声放大器之间。

在一个实施例中，所述动态磁检测系统还包括漏磁检测装置，所述漏磁检测装置为多通道霍尔芯片阵列，每个通道包括X、Y、Z轴三个垂直方向的霍尔芯片，用于检测空间漏磁信号。

在一个实施例中，所述动态磁检测系统还包括：

控制装置，用于控制所述磁场施加装置、所述动磁激励装置、所述磁场探测装置、所述漏磁检测装置和所述希尔伯特变换器。

本实用新型所提供的动态磁检测系统，磁场施加装置对具有铁磁性的待测物施加磁场使待测物进入磁饱和状态，动磁激励装置在待测物表面产生瞬态激励磁场，磁场探测装置探测所述磁场探测装置所在位置的感应磁信号。若待测物具有较小尺度缺陷时通过探测到的磁信号与无缺陷时磁信号相比较给出缺陷信息。本实用新型可以检测尺度较小的缺陷并精度较高。

附图说明

图1为一个实施例的磁场检测系统的结构示意图；

图2为一个实施例的磁场检测系统的对动磁信号进行处理的结构图；

图3为另一个实施例的磁场检测系统的结构示意图；

图4为一个实施例的动态磁检测系统的动态磁检测方法的流程图；

图5为磁场施加装置施加磁场时待测物的B-H曲线演化图；

图6为缺陷在所述待测物的外表面时磁场分布图；

图7为缺陷在所述待测物的内表面时磁场分布图；

图8为缺陷在材料内表面时实测电压数据；

图9为缺陷在材料外表面时实测电压数据；

图10为不同移动速度时动磁信号电压演化；

图11为一个实施例的电磁控阵方法的序贯控制阵列示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型的技术方案，并不用于限定本实用新型的技术方案。

请参阅图1，为本实用新型一个实施例提供的一种磁场检测系统10，包括：磁场施加装置100、动磁激励装置200和磁场探测装置300。所述磁场施加装置 100用于对具有铁磁性的待测物900施加磁场。所述动磁激励装置200用于产生瞬态激励磁场。所述磁场探测装置300用于探测所述磁场探测装置300所在位置的感应磁信号。

所述磁场施加装置100对具有铁磁性的待测物900施加磁场，使所述待测物900达到磁饱和状态，此时所述待测物周围具有恒定磁场。所述动磁激励装置200设置在所述待测物900表面，产生一个方向垂直于所述恒定磁场、而磁场强度远小于所述恒定磁场的瞬态激励磁场。所述磁场探测装置300探测所述瞬态激励磁场所引发的动磁响应获得所述磁场探测装置300所在位置的磁信号。所述磁信号包括地球磁场信号、磁场施加装置及动磁激励装置引发的磁信号等。所述磁场探测装置300可以为现有的磁场测量仪，也可以为一个导电线圈或多个导电线圈等。

在一个实施例中，所述动磁激励装置200和磁场探测装置300可集成在一起，一起可移动设置在设置了所述磁场施加装置100的待测物900附近。

本实用新型所提供的动态磁检测系统10，所述磁场施加装置100对具有铁磁性的待测物施加磁场使待测物进入磁饱和状态，所述动磁激励装置200在待测物表面产生瞬态激励磁场，所述磁场探测装置300探测所述磁场探测装置300 所在位置的磁信号。待测物具有较小尺度缺陷可通过探测到的磁信号变化表示出来。本实用新型可以检测尺度较小的缺陷并精度较高。

在一个实施例中，所述磁场施加装置100为永久磁铁或电磁铁。所述磁场施加装置100也可以为其他使所述待测物磁化的设备。

在一个实施例中，所述动磁激励装置200为动磁激励线圈。

在一个实施例中，所述磁场检测系统10还包括高频脉冲电流发生装置210，与所述动磁激励装置电连接，用于给所述动磁激励装置通入电流使所述动磁激励装置产生感应瞬时磁场。所述动磁激励装置也可以通入其他设备产生的变化的电流、例如交流电。在一个实施例中，所述高频脉冲电流发生装置210包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，用于产生脉冲激励电流，所述脉冲激励电流的脉宽为1-5μs、上升沿和下降沿分别为0.05-0.2μs。优选地，通过控制金属氧化物半导体场效应晶体管的开关，产生脉宽为1-5μs，上升和下降沿为0.05-0.2μs的脉冲激励电流。在一个实施例中，所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的开关由程序实时控制。在脉冲电流下降沿进行磁场探测时，能够获得的磁信号信噪比较高。

请参阅图2，在一个实施例中，所述磁场探测装置300为接收线圈，所述接收线圈为差分接收线圈，所述差分接收线圈包括第一接收线圈310和第二接收线圈320，所述第一接收线圈310和第二接收线圈320反向绕制，且所述第一接收线圈310和第二接收线圈320首尾相连。这种方式设计的线圈，可以有效消除干扰磁信号，提高动磁信号的信噪比。

在一个实施例中，所述磁场检测系统10还包括与所述磁场探测装置300连接的所述希尔伯特变换器400，用于将所述磁信号进行希尔伯特变化。

具体地，所述磁场探测装置300接收所述动磁激励装置200产生的瞬态激励磁场。所述希尔伯特变换器400接收所述磁场探测装置300输出的磁信号，对所述磁信号进行希尔伯特变化后输出。所述希尔伯特变化器400的采用提高所述磁场探测装置300输出的磁信号的信噪比、延长所述磁信号观测时间、模拟信息转换的作用。

在一个实施例中，所述磁场检测系统10还包括：第一低噪声放大器510、第二低噪声放大器520和低通滤波器530。所述第一低噪声放大器510设置在所述希尔伯特变换器400和所述磁场探测装置300之间。所述第二低噪声放大器 520连接于所述希尔伯特变换器400信号输出端。所述低通滤波器530设置在所述希尔伯特变换器400和所述第二低噪声放大器520之间。通过采用所述第一低噪声放大器510、所述第二低噪声放大器520和所述低通滤波器530，最终输出信号更精确。

请参阅图3，在一个实施例中，所述磁场检测系统10还包括漏磁检测装置 600，所述漏磁检测装置600为多通道霍尔芯片阵列，每个通道包括X、Y、Z 轴三个垂直方向的霍尔芯片，用于检测空间漏磁信号。使用时，将所述漏磁检测装置600设置在所述待测物内部。融合漏磁检测后，使所述磁场检测系统10 即能检测管道等待测物上大尺度的缺陷又能检测小尺度缺陷，提升了应用范围和精度。

在一个实施例中，所述磁场检测系统10还包括：控制装置(未显示)，用于控制所述磁场施加装置100、所述动磁激励装置200、所述磁场探测装置300、所述漏磁检测装置600。在一个实施例中，所述控制装置也可同时控制所述磁场施加装置100、所述动磁激励装置200、所述磁场探测装置300、所述漏磁检测装置600和所述希尔伯特变换器400或其他所述磁场检测系统10内的设备。在一个实施例中，所述控制装置800控制所述漏磁检测装置600、所述磁场施加装置100、所述动磁激励装置200和所述磁场探测装置300。通过分配采集工作时序，降低系统瞬时工作电流，在足够短的时间窗口内高效率地完成所有采集工作，使得整个动态磁检测系统采集效率高、功耗低、安全性好。

请参阅图4，本实施例还提供一种的动态磁检测方法，所述方法包括：

S100，对待测物施加磁场，使所述待测物进入磁饱和状态；

S200，对待测物施加瞬态激励磁场；

S300，叠加所述瞬态激励磁场后，探测所述探测物周围的磁信号。

在一个实施例中，所述步骤S300之后还包括：

S400，通过希尔伯特变换器将所述磁信号进行希尔伯变换并输出波形信号；

S500，根据所述波形信号判断所述待测物是否具有缺陷。

在其中一个实施例中，所述动态磁检测方法还包括：

S110，通过漏磁检测装置采集三维空间磁场信号，并对所述三维空间磁信号进行分析，获取缺陷状况。

在其中一个实施例中，所述动态磁检测方法还包括：

S110，通过高频脉冲电流发生装置，产生脉宽为1-5μs、上升沿和下降沿分别为0.05-0.2μs的脉冲激励电流；

S120，所述脉冲激励电流通入导电线圈，以产生瞬态激励磁场。

本实用新型所述磁场检测系统10具体应用过程为：

通过所述控制装置开启所述磁场施加装置100对待测物施加磁场使所述待测物进入磁饱和状态。然后控制装置控制开启所述漏磁检测装置600检测三维空间的漏磁信号。所述控制装置控制依次开启所述磁场施加装置100、所述动磁激励装置200、所述磁场探测装置300、所述第一低噪声放大器510、所述希尔伯特变换器400、所述低通滤波器530和所述第二低噪声放大器520，开始动磁检测获得磁信号。

最后对所述第二低噪声放大器520输出的磁信号进行分析，同时，分析所述漏磁信号。

请参阅图5，磁场施加装置施加磁场时待测物的B-H曲线演化图。当铁磁性的所述待测物被外施加强磁场饱和磁化时，所述待测物的B-H曲线工作点在静态工作点Q(B,H)上，该工作点在B-H曲线上的饱和区域。进一步加大外施加磁场H时，所述待测物内部的磁感应强度B增加缓慢，进入饱和状态。此时，在垂直于外施场H的方向加一个动磁激励b，则所述待测物的动态工作点移动至Q'(B+b,H+h)。

请参阅图6，缺陷在所述待测物的外表面时磁场分布图。当缺陷在所述待测物的外表面时，在所述待测物的内表面附近，将产生瞬态激励磁场。由于材料开口边沿处外施加磁场发生泄漏，由原来的移动方向转向动磁激励方向，故缺陷开口边沿处的瞬态激励磁场密度比缺陷两侧位置处的瞬态激励磁场密度大，如图6所示，圆圈越大表明瞬态激励磁场密度越大。

请参阅图7，缺陷在所述待测物的内表面时磁场分布图。当缺陷出现在所述待测物的内表面时，缺陷位置的空气区域，磁导率变为空气磁导率，电导率降为0，凹陷处由于与瞬态激励磁场的距离较远，产生的瞬态激励磁场的密度减小，如图7所述，圆圈越小表明瞬态激励磁场密度越小。

当缺陷在所述待测物外表面时，在内表面位置处，缺陷边沿和内部瞬态激励磁场密度大，缺陷两侧瞬态激励磁场密度小的特点；当缺陷在内表面时，则呈现缺陷边沿和内部瞬态激励磁场密度小，缺陷两侧瞬态激励磁场密度大的特点。

进一步地，沿着移动方向内、外表面缺陷引起的瞬态激励磁场密度变化趋势正好相反，利用这项特点，采用所述的动磁激励与差分接收，实现在高速移动状态下，内、外表面缺陷的可靠检测，并区分缺陷内、外表面分布(ID/OD) 的功能。

请参阅图8，缺陷在材料内表面时实测电压数据。实测数据表明，当缺陷在材料内表面时，沿着移动方向的磁信号输出波形先为负包络，后为正包络。

请参阅图9，缺陷在所述待测物外表面时实测电压数据。实测数据表明，当缺陷在所述待测物外表面时，磁信号经差分输出、希尔伯特变换后的波形先为正、后为负；进一步地，正、负波形峰值的长度间隔与缺陷的长度尺寸十分接近，这表明前后差分接收线圈对缺陷长度边沿非常敏感，也证明了在该位置处的瞬态激励磁场密度发生较大变化。

请参阅图10，不同移动速度时磁信号电压演化。横坐标是移动方向，单位为毫米(mm)，纵坐标是磁信号电压，单位是伏(V)。从图10可以看出，当所述磁场检测系统10实际测量的移动速度范围为1-8m/s时，同一个缺陷的差分输出波形基本重叠，受到移动速度的影响较小。能够实现高速移动状态下的可靠稳定检测。并且所述磁场检测系统10在高速移动下检测性能保持稳定。

请参阅图11，本实施例还提供一种电磁控阵方法，包括：

S100’提供多个任一前述的动态磁检测系统；

S200’通过控制系统，采用序贯控制方法通过序贯控制阵列对所述动态磁检测系统进行控制。

具体地，图11中的每个模块对应一个所述动态磁检测系统。控制模块为控制系统为控制模块。所述控制模块通过序贯控制方法分配具体的采集工作时序控制不同的所述动态磁检测系统。在一个实施例中，可将多个模块进行分组。通过序贯控制方法分别控制。所述电磁控阵方法中所述序贯控制阵列是指采用序贯触发模式，通过合理分配工作时序，序贯启动各模块的工作，降低系统瞬时工作电流，在足够短的时间窗口内高效率地完成所有模块采集工作，使得整个检测系统采集效率高、功耗低、安全性好。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的相关装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述程序可存储于一计算机可读取存储介质中，如本实用新型实施例中，所述程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被所述计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。