一文全面了解大提离漏磁无损检测方法.docx

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1、金属零部件在交变载荷作用卜.，其中微小的裂纹容易延伸扩展，造成零部件的断裂失效，严重危害相关人i的生命和财产安全0因此重要的零部件需要在出厂前或服役中进行检测。漏磁检测是一种广泛应用于钢管、钻杆、储油窗、汽车零部件等铁磁性材料的无损检测方法。相较r其他方法，其具有灵锹度高、无需耦合剂、操作方便、检测成本低以及易于自动化等优势，对铁磁性工件表面和内部的裂纹、孔洞等缺陷的检测效果显著.在漏磁检测中，探头与待检测工件表面之间的距离称为提高值,是漏磁检测中最重耍的工艺参数之一.通常为r保护传撼器或提高检测稳定性，检测时始终会保持一定的提离值，但缺陷的漏盛场会随提离值的增大而迅速衰减，无法有效地检测微小

2、裂纹或在处丁夏杂电破环境下的裂纹。1漏磁检费中的提高值提高值定义提离值源自涡流检测、漏磁检测等电磁无损检测方法中的提离效应，即缺陷产生的扰动磁场在空气中传递迅速衰减，同时导致传感器在不同高度检测到的信号差异较大.漏磁检测提离值定义如图1所示。通常敏感元件和封装外壳构成的传感器可以直接测原漏磔场，如传感器A.也可以在传感器底部增加汇集会场的传递介质构成灵敏度更高的传感涔，如传感涔B,如果考虑到传感器耐磨、耐高温、防止工件划伤等目的，需要保持传感器与工件之间有一定的提离值，即图1中的d1.此时提离值定义中的传感器”应该理解为具有独立功能和封装结构的传感潺。但是，当以提离效应”讨论提离值时，无论是贴

3、片电感还是径尔元件，传感器外U的封装结构并不影晌提离效应，实际的提离值仍为敏感元件与工件之间的距离,即图1中的d2,而非传感器底面与工件之间的距离d1.,此时提离值定义中的“传感器”应该理解为敏感元件。卜面介绍的诸多大提离检测方法，也讨论的是敏感元件到工件的距离.提高值的影响漏磁场水平分量与提高值的函数关系如图2所示，可见漏磁场随提高值的增大呈负指数缓衰诚。因此当提离值较大时，漏磁场信号会大幅衰诚,降低信噪比。另一方面，提离值也会影响漏磁信号的稳定性。由图2可以看出，当提高值较小时，提离值变动1.导致漏磁场变动AB1.,而当提离值较大时,漏破场变动为AB2,可以明显看出，AB1AB2.也就是说

4、当低提离时，探头对提高值的变化更加械感，更加不秘定：而高提离时，探头对提离值的变动更不敏感，信号更加稳定。在高精度漏磁检测中，传感器零提离可以获得圾佳的检测灵敏度，但会磨损传感幽，而且对于轴承套圈、凸轮轴等表面精密加工的零件而言，传感器直接接触扫查还可能会划伤精加工面。同时，微小提离检测会使机械抖动噪声信号明显，信号不稔定.因此大提离漏磔检测的信号增强方法一直以来是学者们研究的重点.-w姿逸送提离值图2漏磁场与提离值的函数关系大提高检费的要素符无损检测的传感过程简化为如图3所示的系统模型。首先待检测工件产生信源（如光、超声波、磁场、电场、热场等），信源经过传输介质的传导，扩散至传感器所在的区域

5、，传感器符特定的物理信号转化为方便传输、识别、存储的电信号，从而完成信号的拾取和转换。提忠值主要在电磁无损检测领域中使用，通常都在充米和亚氢米尺度。而光学检测和热成像检测却可以实现分米级甚至米级的远距离检测，主要原因是光学检测通过打光使被检测特征产生足够强和对比度足够高的可见光反射：热成像检测是通过加热使检测对象的热场分布不均I1.对外产生勿.外辐射，无论是可见光还是红外幅射都是一种电磁波，电磁波在空气中传播能量集中，衰被很小，通过足够高分辨率的相机或红外相机就可以捕捉到图像特征。总之，实现远距离无损检测，首先需要信源的强度和信噪比足缈高，这是整个检测过程的基础；其次需变传输介质协助信源的传递

6、，避免信源在介质中衰减:最后需要高灵敏度的传感器对信号进行拾取和转换。图3无损检测传感的系统模型2大提离,磁检费方法调整信源信源是检测的基础，对于漏磁检测来说，大提离检测要求信源的强度和信噪比足够高。通常来说,缺陷的漏磁场随磁化场强度的增大而增大,最后趋于饱和，因此常规的潮磁检测要求在饱和琛化或近饱和磁化状态下进行。除了饱和磁化之外,SUN等研究发现,漏磁场不仅和磁化场、缺陷尺寸有关，还和缺陷附近的背兔磁场有关，背景磁场会抑制漏磁场的传播范用和强度，导致大磁化反而不一定存到大的漏磁场。这就是所谓的磁压缩效应，基于此，孙燕华等提出了种基于磁真空泄漏原理的漏礴无损检测新方法（见图4）,该方法使用磁

7、屏蔽罩大幅降低背景磁场，促使工件中的磁场向上方的传感器泄漏，扩大了漏磁场的扩散范围，显著提高/陂械元件在大提离值下的检测及彼度。磁屏蔽器被磁化导磁构件图4磁真空涧感检测方法示意SUN的另一个研究提出了基于磁场扰动的大提离检测方法。磁场扰动漏磁法与常规漏蹂法对比如图5所示，常规的漏蹂检测中只有一个缺陷漏磁场R1.漏磁场的扩散半径仅为r1.在磁场扰动方法中，在传感器上方增加一个附加磁源R2,磁源R2的磁场影响范围为r2,磁源R2会与磁源R1.相互作用，在r1.和r2的范围内磁场产生相互扰动。这样通过两个磁源的相互扰动作用，就可以在磁源R2附近检测到缺陷信号。显然这样布置的传感器可以有很大的提离值，

8、从而实图5磁场扰动漏磁法与常规漏磁法对比改变传递介质漏磁场被传感罂拾取需耍经过提离空间的传递，而在常规的漏磁检测中洵磁场通过空气传播到传感涔时已经经过了大幅度衰减。因此如何改变传递介质避免漏磁场在空气中的衰减一直是大提离漏磁检测的重点研究内容，许多学者都在这个领域提出了大提离的检测方法。wu等在研究井口钻杆漏磁检测中提出r使用聚磁铁芯的方法实现大提离检测：聚磁铁芯大提离枪测原理如图6所示。因为空气的相对娥导率接近于1,磔阻很大，漏磁场在空气中传播时衰减迅速，故使用传统的感应级图进行信号拾取，灵敏度较差，而铁磁性材料的相对磁导率通常是空气的成百上千倍，因此对空气中的漏磁通就有聚集的作用。图6聚磁

9、铁芯大提离检测原理示意在大提离情况下，聚腑铁芯将低处的漏磁场汇聚到铁芯中（见图6）。感应线圈缠绕在聚该铁芯上，制成大提离传感器（见图71，感应线圈内部的磁通量也就相应增大，从而实现大提离漏磁检测，线圈铁芯大提离漏磁传感器图7聚磁铁芯式大提离传感器实物MA等为了提裔钻杆漏磁检测信噪比也提出了一种聚磁方法，由裔相对磁导率的材料制成的双”型聚磁装置（见图8）.漏磁场泄漏到空气后由聚磁装置汇聚，引导至包含磁传感器的测取通路中。研究发现，使用该形式的聚磁装置可以降低测量回路中的琛阳，有效提高了涉磁场的信噪比，也相应地降低了对提离值的要求。图8粘杆漏磁检测聚陂装置结构示意1.EE等提出了一种通过磁导管传递

10、漏磁场的大提离检测方法，其原理如图9所示。该方法在感传感器的下方放置磁导管（细长杆状的铁芯），使漏磁场的窿感线通过磁导管传递至裔处的磁传感器。其整个磁场的传递过程基于磁晒的动力学模型，外部的磁化会使陵导管内部的陂晒重新分布，使磁畴变大，JI方向与外部磁化场逐渐趋近。但是由于磁畴壁不能在位错、晶结或裂纹处移动，即使在X方向上施加油磁场，磁柱边界处的磁畴壁也不会重新分布。而在Z方向的磁化卜,磁的壁容易沿着Z方向重新定位，从而使腑柱产生亥各向异性因此细长的磁导管就可以有效地将漏磁场传递至高处的磁传感涔，实现了大提离的检测。磁传感器4缺陷样件铁棒维长性纤细磁磁图9磁导管传递海感场原理示意此外1.EE等

11、提出了一种磁透镜检测方式，该方法也是基于聚磁铁芯的原理,使用放置在橡胶或塑料磨具中的脑流体形成“磁透镜”，并在磁透镜表面阵列放置法尔传感涔，如图10所示。与矩形磁透镜相比，圆形的硬透镜消除了边缘效应，并且可以阵列更多的传感器以增强空间分辨率。与铁氧体或者硅钢等材料制作的聚磁体相比，采用磁液体的磁透镜方式在实现聚磁效果的同时，还避免了铁磁性材料剩余磁化强度和磁滞效应对聚磁效果产生的不利影响，图10磁透镜汇聚漏磁场原理示意采用高灵敏度传感器对手漏磁检测而言，大提离会导致传感幽拾取到的涧疏信号幅值降低，信号淹没在噪声中，容易产生漏检。传感涔的噪声通常由传感器内部的电路特性和电磁环境造成，与提离值关系

12、不大，而缺陷的漏磁场信号随提离值迅速衰减。因此提高传感蹲的灵敏度就可以提高缺陷大提离检测的信噪比。近年来，高灵敏度磁传感器发展迅猛，尤其是以各向异性腋敏电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)以及隧道磁敏电阻(TMR)等为代表的磁敏电阻开始广泛应用于精密漏凝检测中微弱蹂场的检测.与传统的很尔传感器相比，新型破敏电阻传域器具有灵敏度更高、分册率更高等特点，适合在大提离卜拾取微弱的漏磁场信号，不同磁传感器技术参数对比如表1所示。表1不同磁传感器技术叁数对比灵地境/传感芯片（mVV,mT-T.作范围/,)!I1.T分辨率/VT适用温度/出尔元件0.50.110050150AMKIO0.00010.0115

13、0GMR30().0130.2150TMR200.I0.01200此外，新的传感器设计也有助手灵敏度的提升或信噪比的增强.J1.N等对比研究了基于MTJ（磁随道结）的雌TMR传感曙和全桥惠斯通电桥式TMR传感器，全桥式惠斯通电桥TMR连接方式如图11所示。相较于单TMR传感器而言，虽然全桥惠斯通电桥式TMR传感器灵敏度较低，但是患斯通电桥有效抑制了传感器的白噪声，因此获得较嬴的信噪比.试验结果表明，在420cm的提离范围内，全桥式TMR传感器在更大的提离值卜可以获得与垠TMR相同的信噪比。图11全桥式里斯通电桥TMR连接方式示意WU等提出了种差分漏磁检测方法，差分式漏磁检测传感器配置（双传感器

14、差分配置.）如图12所示.该方法通过优化双传感器差分间距，可以提高检测灵敏度，此外检测信号几乎不受背景磁场和机械振动的影响，具有良好的信号稳定性。另外WANG等提出了一种交直流互扰的大提高漏磁检测方法，交直流互扰漏磁检测原理如图13所示。缺陷在磁化作用下产生漏陂场,该方法的新传感器由感应线圈和激励线圈构成，激励线圈产生的高频磁场作为载波与低频漏磁场调制，调制后的礴场包含完整的漏瞄场信号。信号调制使漏磁信号频率增大，而感应线圈测战的是磁通的变化量，对裔频极感，因此感应线圈对调制后的漏磁信号检测灵敏度较高。虽然检测的形式与漏磁、涡流检测形式相似,但检测原理不同，试验结果表明，与常规漏磁和涡流检测相

15、比，交直流互扰检测方法的信号更强,信噪比更高，有利于铁磁性材料检测。交流激励图13交直流互扰漏磁检测原理示意转变检测对象除了依据上述方法之外，在某些条件下，也可以跳出“信源-介质-传感”的枪测系统，由物理场的传递，转变为检测对象的转换,实现大提离漏磁检测。录磁检测法也是一种基于漏磁原理的检测方法。其首先时待检测工件施加合适的磁化场，在缺陷附近就会产生漏礴场，然后通过柔性的磁带覆盅在工件表面记录漏磁场（见图14）,再对储存了漏磁场信息的磁带进行读取（见图15）,从而对工件进行检测。图14磁带录磁检测示意磁带图15磁带磁信号拾取示意就检测原理而言，录磁检测与常规的漏磁检测方法类似，都是拾取缺陷的漏磁场。不同的是，常规漏磁检测直接用磁传感器拾取漏磁场，而录磁检测通过磁带转录，再读取琛带上的磁信息。虽然录磁检测步骤较为发杂，但磁带与工件直接接触，零提高拾取漏磁场，可以获得很将的灵敏度。该方法再使用磁传感器在远离工件的位置读取磁带中的漏磁场信息，转变漏礴检测的对象，从某种意义上而言，间接地实现了大提窗漏磁检测，并且提高了检测灵敏度。此外YANG等提出了一种结合磁粉检测和漏磁检测的高灵敏度大提离检测方法。首先对工件进行适当磁化，在工件表面