[发明专利]基于脉冲涡流的多层导电结构缺陷检测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲涡流无损检测领域，尤其涉及一种基于脉冲涡流的多层导电结构缺陷检测装置及其方法。

背景技术

目前，实际应用中常用的无损检测方是超声波无损检测，它原理简单，实现方便，但也存在许多缺点，如需要耦合剂，对试件表面质量要求较高，检测速度慢等缺点。

采用脉冲涡流扫描成像技术检测多层导电结构是基于电磁感应原理。利用一定频率和占空比的脉冲信号在激励线圈中产生电磁场，当激励线圈靠近待检测试件时，由于待测试件为导电结构，电磁场在导电结构趋肤层内会引起电涡流，反作用于磁场，改变空间的电磁场，而在检测探头中的霍尔传感器将检测出空间中磁场的变化。因此，当导电结构有缺陷，即结构不同时，对电磁场的反作用就不同，就会引起磁场大小变化，就可以通过霍尔传感器检测出磁场的变化，从而检测出缺陷。

由于脉冲涡流扫描成像灵敏度高，易受外界磁场的影响从而产生检测误差，我们在探头外面增加了一个金属壳以屏蔽外界磁场的干扰。但是在复杂的工业生产环境中，外界磁场无法彻底屏蔽，存在误差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于脉冲涡流的多层导电结构缺陷检测装置及其方法。

基于脉冲涡流的多层导电结构缺陷检测装置包括PC机、GT400运动控制器、51 单片机系统、半桥驱动电路、稳压电路、激励信号放大模块、信号调理采集模块、差分霍尔检测探头、待测多层导电结构；

半桥驱动电路分别与PC机、51 单片机系统、激励信号放大模块、稳压电路、差分霍尔检测探头相连，稳压电路分别与激励信号放大模块、信号调理采集模块相连，信号调理采集模块与PC机相连，GT400运动控制器上设有待测多层导电结构，待测多层导电结构上方设有差分霍尔检测探头并用固定机构固定，PC机与GT400运动控制器相连，差分霍尔检测探头与信号调理采集模块相连。

所述的差分霍尔检测探头包括铁芯、线圈、两个霍尔传感器、金属壳，两个霍尔传感器放置于探头的顶部和底部，铁芯内中空，铁芯上绕有线圈，线圈外设金属壳，检测探头为圆柱形结构。

所述的51单片机系统包括51单片机、晶振电路、指示灯、拨码开关、串口通讯电路、ISP下载接口，晶振电路、指示灯、拨码开关、串口通讯电路、ISP下载接口分别与51单片机相连。

所述的半桥驱动电路为：IR2104芯片的第一脚接+15V电源并通过并联的电容C6连接至地、第二脚接航口E1、第三脚接+5V电源、第四脚接地、第五脚通过电阻R10接MOS管VT2的门极、第六脚接MOS管VT1的源极和MOS管VT2的栅极、第七脚通过电阻R9接MOS管VT1的门极、第八脚通过电容C5连接第六脚并通过1N5819二极管D1连接+15V电源； MOS管VT1栅极接恒定电压； MOS管VT2的源极接地。

所述的信号调理采集模块包括信号调理电路和信号采集部分；信号调理电路为：AD620芯片第一脚通过电阻R8和电阻R7连接第七脚、第二脚连接霍尔检测探头第一输出、第三脚连接霍尔检测探头第二输出、第四脚连接-12V电源、第五脚接地、第六脚为差分输出信号、第七脚接+12V电源；信号采集部分包括数据采集卡PCI-e6251。

基于脉冲涡流的多层导电结构缺陷检测方法包括如下步骤：

1)信号预处理，激励信号放大模块产生激励信号给到差分霍尔检测探头;

2)采集参考信号，信号调理采集模块采集并处理检测信号至PC机，PC机安装有LABVIEW编写的组态软件；

3)信号处理，提取每个采样点的特征值，包括响应信号的峰峰值、差分过零时间、曲线曲率；

4)生成扫描成像图，每个采样点的峰峰值会对应强度图中的某一像素点，峰值越大，对应的像素点的颜色越深，每扫描一个点，PC机更新一次强度图，增加一个像素点，扫描完成后，强度图被像素点完全填满，得到平面扫描图；

5)获取缺陷深度，应用内层缺陷识别算法判断缺陷纵向位置，首先使用训练样本对系统训练，采用偏最小二乘拟合算法分别建立差分过零时间、曲线曲率与缺陷纵向位置线性关系函数，再通过拟合得出差分过零时间、曲线曲率的加权因子，得出深度与过零时间、曲线曲率的函数关系式，再选取强度图上显示的缺陷部分，用线性关系函数判断缺陷纵向位置。