[发明专利]一种磁路聚焦共享式多通道在线检测系统和方法

说明书

本发明涉及一种磁路共享式多通道在线检测系统,包括由多个探头组成的传感器阵列、层析成像检测模块、缺陷信号报警模块，所述探头为磁路聚焦共享式探头，包括交流激励线圈、组合磁体单元、三轴力传感器、和加速度计，所述组合磁体单元，用于提供聚焦磁场，由外向内依次为Halbach阵列永磁体、和芯体，所述芯体由圆柱形永磁体和铁钴合金磁芯上、下两部分组成。本发明所述系统和方法将电磁超声和洛伦兹力涡流检测技术进行了结合，通过探头设计，实现了磁路聚焦共享，使得磁场强度倍增，大大提高了检测灵敏度，对近表面小缺陷的检出率明显提升，电磁超声的检测深度得到大大增强，克服了现有技术无法一次性检测所有缺陷、且灵敏度不高的缺点，从而实现了对近表面缺陷和厚壁范围内缺陷的全覆盖检测，同时通过洛伦兹力的检测，可获得板材的电导率。

技术领域

本发明属于电磁无损检测技术领域，具体涉及磁路聚焦铝板检测技术。

背景技术

铝板的制造过程通常以高达20–30m/s的速度进行，在拉丝过程中可以观察到更高的速度，例如40–60m/s。对于铝板制造质量在线检测技术，目前主要有电磁超声(Electromagnetic Acoustic Transducer,简称EMAT)和洛伦兹力涡流检测技术(Lorentzforce eddy current testing，简称LET)。文献1设计了一种涡流检测探头，最大能检测表面3mm内的缺陷，但是由于集肤效应，不能检测深层缺陷。文献2根据电磁场半解析方法，确定在理论上被测工件的表面也是电磁超声探头组成的一部分，并导致电磁超声表面缺陷检测盲区要更大于常规超声的检测盲区。文献3提出洛伦兹力涡流检测技术，适合运动构件近表面缺陷检测，并指出其缺陷检测深度要大于常规涡流检测，介于常规涡流检测与超声检测深度范围之间，其无法实现工件更深层缺陷的检测。文献4提出了一种电磁超声和涡流组合的检测方法，利用电磁超声实现表面和近表面缺陷的涡流检测，其采用扁平线圈，匝数少，对近表面的缺陷检测灵敏度不足，且由于永磁体的存在线圈中不能含有磁芯，严重降低了近表面缺陷的检测灵敏度，同时常规涡流和电磁超声不在同一频域范围，不能充分到达各自最佳的检测效果。

参考文献：

1、陈涛,曹恒,张赛,等.涡流检测在铝板超声缺陷检测盲区中的应用研究[J].传感器与微系统,2021,40(7):4。

2、孙斐然,孙振国,张文增,等.基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化[J].机械工程学报,2016,52(6):10。

3、Brauer Hartmut,Marek Ziolkowski，et al.Motion-induced eddy currenttechniques for non-destructive testing and evaluation.IET Press,2019。

4、周正干,黄凤英,于芳芳.电磁超声和涡流组合检测方法[J].无损检测,2009(9):6。

因此，电磁超声检测技术适用于获取厚壁范围内的材料情况，但其在检测中具有表面盲区；而洛伦兹力涡流检测技术适用于运动构件表面及近表面的裂纹检测和电导率评估，但其无法覆盖整个壁厚范围内的缺陷检测。也就是说，现有的上述两种检测技术在整个壁厚范围内均无法将检测灵敏度和检测全覆盖兼顾。而现有复合方法没有高效的解决铝板整个壁厚范围内的缺陷检测问题，组合内的单一方法没有达到各自最高的检测灵敏度，为了满足一种方法的检测要求必须在另一种方法检测能力上做出约束，一定程度上降低了整个复合方法的检测效果，且整体功能上没有做到最大的发掘。

发明内容

本发明提供了一种崭新的技术构思：基于现有的电磁超声和洛伦兹力涡流检测两种技术都含有永磁体单元部分，提出了一种磁共享、磁聚焦式探头，进而基于所述探头构建了多通道在线检测系统，以改善现有两种检测技术的不足，并提高检测灵敏度。本发明所采用的具体技术方案如下。

一种磁路共享式多通道在线检测系统，包括由多个探头组成的传感器阵列、层析成像检测模块、缺陷信号报警模块，