專利名稱：一種基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，尤其涉及一種薄板類、線材、管件類導(dǎo)體中缺陷的檢測(cè)方法，屬于電力、電子工業(yè)、冶金工業(yè)、半導(dǎo)體材料、石油能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管、線材和薄板類等金屬材料可能由于原材料和制備工藝的原因含有雜質(zhì)(如氧化物、硫化物顆粒等)孔穴、裂紋等缺陷，這將嚴(yán)重影響材料的使役性能。例如在電力、電子工業(yè)中，當(dāng)金屬導(dǎo)線、金屬薄板、電路板等材料中含有非導(dǎo)電的第二相雜質(zhì)顆粒時(shí)則將大大降低其電學(xué)性能，并且降低其機(jī)械強(qiáng)度，工作時(shí)還可能產(chǎn)生額外的焦耳熱，使器件過熱、變形甚至燒毀電路和電子設(shè)備。在冶金和制造業(yè)工業(yè)中，薄板類材料可用于汽車、家用電器、食品包裝、電子產(chǎn)品的殼體或封裝材料，有的薄板類材料的厚度甚至不足I毫米，如果其中含有較大的雜質(zhì)將成為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，因此非常有必要在薄板生產(chǎn)過程中進(jìn)行定量·監(jiān)測(cè)。在石油、化工領(lǐng)域里，輸送石油或其它化工液體的管路由于長(zhǎng)期在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或潮濕(如海底石油管路)等惡劣條件下服役，如材料防護(hù)不當(dāng)或超期服役極容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕或形成疲勞裂紋，由于所需的維護(hù)條件極為不便，如果出現(xiàn)故障或材料失效則可能引起災(zāi)難性后果。因此開發(fā)有效簡(jiǎn)便的檢測(cè)方法十分必要且具有重要的、現(xiàn)實(shí)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防科技意義。為方便描述將上述電導(dǎo)率近似為零的雜質(zhì)、孔穴、裂紋等統(tǒng)稱為缺陷。目前利用電磁原理進(jìn)行的無損檢測(cè)主要的方法有高密度電法(直流)、瞬變電磁法、頻率域電磁法、激發(fā)極化法(應(yīng)用頻率范圍=IO2-IO4Hz)等。高密度電法是一種接觸方法，存在電極接觸問題應(yīng)用場(chǎng)合已較少。上述其余方法都是利用交變電場(chǎng)或電磁波的檢測(cè)方法，需要提供電磁場(chǎng)源，在被測(cè)物體內(nèi)激發(fā)出二次電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)頻域特征或者電磁場(chǎng)特征來檢測(cè)。一般來說，設(shè)備都比較復(fù)雜，測(cè)量?jī)x的體積較大，適用環(huán)境的能力受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，利用缺陷和導(dǎo)體之間電導(dǎo)率的差異，定量地、非直接接觸地檢測(cè)導(dǎo)體中的缺陷，并使測(cè)試過程簡(jiǎn)
單可靠。本發(fā)明提出的基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法包括以下步驟(I)在一個(gè)沿徑向磁化、厚度為w的圓柱形永磁體的一側(cè)設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器；(2)驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)圓柱形永磁體達(dá)到一個(gè)初始速度時(shí)撤除驅(qū)動(dòng)力，使圓柱形永磁體在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；(3)使不含缺陷的導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁體靠近，間隔距離為d，通過轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的參考曲線；(4)在導(dǎo)體上鉆得直徑不等且間隔距離大于圓柱形永磁體厚度w的多個(gè)小孔，將步驟(2)的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體依次靠近導(dǎo)體上多個(gè)直徑不等的小孔，得到圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的多個(gè)標(biāo)定曲線；(5)將步驟(2)的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體靠近被測(cè)導(dǎo)體，得到一條圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的測(cè)量曲線；(6)將步驟(5)的測(cè)量曲線與步驟⑷的標(biāo)定曲線進(jìn)行比較，若測(cè)量曲線與一條標(biāo)定曲線相重合，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸等于與該標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸，若測(cè)量曲線位于相鄰兩條標(biāo)定曲線之間，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸介于與該相鄰兩條標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸之間。 本發(fā)明提出的基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明方法適用于線材、管材以及薄板類的導(dǎo)體，且被測(cè)導(dǎo)體無須運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了測(cè)量條件、測(cè)量過程和測(cè)量成本，因此可以大大簡(jiǎn)化測(cè)量設(shè)備；2、本發(fā)明方法在測(cè)量過程中，被測(cè)導(dǎo)體與測(cè)量?jī)x器不直接接觸，是一種無損檢測(cè)方法，且只需測(cè)量旋轉(zhuǎn)角速度變化，無須測(cè)量相應(yīng)的力，因此測(cè)量過程方便簡(jiǎn)單；3、本發(fā)明方法與已有的利用電磁原理進(jìn)行的無損檢測(cè)方法相比，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，根據(jù)本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的探測(cè)儀器，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和小型化，可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域和環(huán)境中。


圖I是使用本發(fā)明方法進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖2是使用本發(fā)明方法標(biāo)定過程示意圖，其中參考曲線為不含有雜質(zhì)時(shí)角速度隨時(shí)間變化的曲線，曲線1，2，…，η對(duì)應(yīng)的標(biāo)定小孔的尺寸為Clpd2,…，dn，小孔的大小關(guān)系為(I1 < d2 <···< dn。圖3是使用本發(fā)明方法的測(cè)量原理示意圖。圖I 圖3中，I是圓柱形永磁體，2是帶錐形的不銹鋼細(xì)軸，3是玻璃陶瓷支撐架，4是銅柱，5是連接軸，6是電機(jī)，7是被測(cè)導(dǎo)體，8是導(dǎo)體中的缺陷，9是感應(yīng)電流的敏感區(qū)域。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，其實(shí)施例的原理示意圖如圖I所示，包括以下步驟(I)在一個(gè)沿徑向磁化、厚度為w圓柱形永磁體I的一側(cè)設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器(圖中未示出)；(2)驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體I旋轉(zhuǎn)，當(dāng)圓柱形永磁體I達(dá)到一個(gè)初始速度時(shí)撤除驅(qū)動(dòng)力，使圓柱形永磁體I在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用電磁感應(yīng)的方法驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體I旋轉(zhuǎn)，如圖I所示，通過在電機(jī)6帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)的銅柱4基于電磁感應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)圓柱形永磁體I的驅(qū)動(dòng)；(3)使不含缺陷的導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁I體靠近，間隔距離為d，通過轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的參考曲線，如圖2所示；
(4)為了定量測(cè)量缺陷尺寸，預(yù)先作如下標(biāo)定實(shí)驗(yàn)在導(dǎo)體上鉆得直徑不等且間隔距離大于圓柱形永磁體厚度w的多個(gè)小孔，以模擬不等尺寸的缺陷。分別將步驟(2)的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體I依次靠近導(dǎo)體上多個(gè)直徑不等的小孔，得到圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的多個(gè)標(biāo)定曲線；由于小孔越大，所感應(yīng)的電磁力越小，磁體所受到的扭矩越小。旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間衰減變慢。例如小孔直徑為Cl1 < d2 <吣< dn，則所測(cè)得的曲線將分別為 1，2，···，η ；(5)將步驟⑵的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體I靠近被測(cè)導(dǎo)體7，得到一條圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的測(cè)量曲線；(6)將步驟(5)的測(cè)量曲線與步驟⑷的標(biāo)定曲線進(jìn)行比較，若測(cè)量曲線與一條標(biāo)定曲線相重合，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸等于與該標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸，若測(cè)量曲線位于相鄰兩條標(biāo)定曲線之間，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸介于與該相鄰兩條標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸之間。本發(fā)明的基本原理如下 如圖3(a)所示，圓柱形旋轉(zhuǎn)永磁體I在其周圍形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所測(cè)的導(dǎo)體7處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)內(nèi)切割磁力線將在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場(chǎng)相互作用在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生洛侖茲力。根據(jù)牛頓第三定律(作用力與反作用力定律)所測(cè)的導(dǎo)體7對(duì)旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁體I產(chǎn)生大小相等方向相反的作用力，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩阻礙圓柱形永磁體I的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使圓柱形永磁體I旋轉(zhuǎn)速度衰減直至停止，即電磁制動(dòng)過程。如圖3(b)所示，當(dāng)上述導(dǎo)體7內(nèi)含有缺陷8 (缺陷不導(dǎo)電)時(shí)上述過程中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流減小，進(jìn)而產(chǎn)生的電磁力也減小，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也減小，這種減小過程會(huì)反映到圓柱形永磁體I的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的曲線上，該曲線通過電磁傳感器可測(cè)出。這樣，通過該曲線變化可推出導(dǎo)電體7內(nèi)缺陷8的尺寸和分布信息。本發(fā)明適用于管、線、薄板類導(dǎo)電體中非導(dǎo)電雜質(zhì)或缺陷的檢測(cè)，由于上述材料的厚度較小，被檢測(cè)的導(dǎo)體物體能很容易滿足電磁滲透條件測(cè)量厚度小于趨膚層厚度；此夕卜，標(biāo)定所采用的小孔和缺陷之間差異的影響也會(huì)很小，可忽略不計(jì)。根據(jù)上述本發(fā)明的基本原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明在保證使用安全的情況下圓柱形永磁體I與被測(cè)導(dǎo)體7之間的距離d越小越好，以期在被測(cè)導(dǎo)體7內(nèi)獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，進(jìn)而得到較強(qiáng)的測(cè)量信號(hào)。如圖3(a)所示，旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁體I在被測(cè)導(dǎo)體7中產(chǎn)生的感應(yīng)電流有一個(gè)集中分布區(qū)域，稱這個(gè)區(qū)域?yàn)楦袘?yīng)電流的敏感區(qū)域9，。當(dāng)缺陷8位于感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9時(shí)才能獲得其尺寸信息。如圖3(b)所示,感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9應(yīng)該與缺陷尺寸相適應(yīng)感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9不應(yīng)太大，否則所測(cè)得的含缺陷8的角速度隨時(shí)間的變化曲線與參考曲線差異不明顯；感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9也不應(yīng)太小，否則測(cè)量時(shí)缺陷8超出了感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9的范圍，測(cè)量將得不到缺陷準(zhǔn)確的尺寸信息。上述感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9與圓柱形永磁體I的厚度大致相當(dāng)，因此圓柱形永磁體I的厚度決定了被探測(cè)缺陷8的最大和最小分辨率。圓柱形永磁體I的厚度一般選為略大于所要檢測(cè)缺陷的名義尺寸；感應(yīng)電流的敏感區(qū)域9與圓柱形永磁體I的直徑也有關(guān)聯(lián)關(guān)系。為使圓柱形永磁體I獲得一個(gè)初始角速度可有不同方法，如可采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，然后測(cè)除驅(qū)動(dòng)力再進(jìn)行上述測(cè)量過程。在圖I的實(shí)施例中采用了電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)的方法。在圓柱形永磁體I的側(cè)面設(shè)有一條軸線與其平行的圓柱形銅柱4，圓柱形銅柱4通過連接軸5與電機(jī)6相連。具體測(cè)量操作過程如下通過電機(jī)6驅(qū)動(dòng)使銅柱4旋轉(zhuǎn)，處于圓柱形永磁體I產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)的銅柱4獲得感應(yīng)電流，圓柱形銅柱4受到感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生洛侖茲力，其反作用力驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體I旋轉(zhuǎn)。待圓柱形永磁體I達(dá)到一定轉(zhuǎn)速且平穩(wěn)后，快速撤走銅柱4和與之相連的電機(jī)6，使圓柱形永磁體I獲得一定的初始角速度，并在慣性作用下保持轉(zhuǎn)動(dòng)。
在圖I的實(shí)施例中，為了盡量減小圓柱形永磁體I與支撐架3之間的摩擦力，支撐架I采用了玻璃陶瓷材料，細(xì)軸2采用兩頭帶錐形的不銹鋼柱結(jié)構(gòu)。在支撐架3上加工出內(nèi)凹形小洞以固定細(xì)軸2，上述措施可基本消除摩擦力對(duì)測(cè)量過程的影響。
權(quán)利要求
1.ー種基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，其特征在于該無損檢測(cè)方法包括以下步驟 (1)在一個(gè)沿徑向磁化、厚度為W的圓柱形永磁體的一側(cè)設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器； (2)驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)圓柱形永磁體達(dá)到一個(gè)初始速度時(shí)撤除驅(qū)動(dòng)力，使圓柱形永磁體在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)； (3)使不含缺陷的導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁體靠近，間隔距離為d，通過轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的參考曲線； (4)在導(dǎo)體上鉆得直徑不等且間隔距離大于圓柱形永磁體厚度w的多個(gè)小孔，將步驟(2)的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體依次靠近導(dǎo)體上多個(gè)直徑不等的小孔，得到圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的多個(gè)標(biāo)定曲線； (5)將步驟(2)的旋轉(zhuǎn)圓柱形永磁體靠近被測(cè)導(dǎo)體，得到一條圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的測(cè)量曲線； (6)將步驟(5)的測(cè)量曲線與步驟⑷的標(biāo)定曲線進(jìn)行比較，若測(cè)量曲線與一條標(biāo)定曲線相重合，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸等干與該標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸，若測(cè)量曲線位于相鄰兩條標(biāo)定曲線之間，則被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸介干與該相鄰兩條標(biāo)定曲線相對(duì)應(yīng)的小孔尺寸之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電磁轉(zhuǎn)矩變化的導(dǎo)體中缺陷的無損檢測(cè)方法，屬于電力、電子工業(yè)、冶金工業(yè)、半導(dǎo)體材料、石油能源技術(shù)領(lǐng)域。本方法首先在圓柱形永磁體的一側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)矩傳感器，驅(qū)動(dòng)圓柱形永磁體旋轉(zhuǎn)，使不含缺陷的導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)的圓柱形永磁體靠近，測(cè)得圓柱形永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的參考曲線，再測(cè)得帶有缺陷的永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間變化的多個(gè)標(biāo)定曲線，使永磁體靠近被測(cè)導(dǎo)體，得到測(cè)量曲線，將測(cè)量曲線與標(biāo)定曲線進(jìn)行比較，得到被測(cè)導(dǎo)體的缺陷尺寸。本發(fā)明方法適用于線材、管材以及薄板類的導(dǎo)體，且被測(cè)導(dǎo)體無須運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了測(cè)量條件、測(cè)量過程和測(cè)量成本，簡(jiǎn)化了測(cè)量設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和小型化，可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域和環(huán)境中。
文檔編號(hào)G01N27/82GK102818838SQ20121029120
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者王曉東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院研究生院