阅读说明：本技术 一种基于磁光效应的动生涡流检测方法 (Motional eddy current detection method based on magneto-optical effect ) 是由 冯搏 邓康轩 康宜华 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于磁光效应的动生涡流检测方法,包括：S1、当待测金属带材在生产线上高速运动时,在其上方一定距离处放置一个磁铁,从而在金属体中激励出动生涡流；S2、在磁铁和金属带之间放置一块磁光薄片,薄片中磁场为磁铁磁场与涡流磁场的叠加；S3、用激光器对准磁光薄片,并在激光传播路径上放置一块偏振片,使照射到磁光薄片上的偏振光为线偏振光；S4、在激光的反射路径上放置另一个偏振片和CCD传感器；S5、将CCD传感器与电脑相连,显示采集到的光强。当金属带材中出现缺陷时,将影响动生涡流强度,从而影响磁光薄片中的磁感应强度和偏振光经过磁光薄片时偏振方向的旋转角度,最终反映在CCD传感器检测到的光强上。(The invention discloses a method for detecting an motional eddy current based on a magneto-optical effect, which comprises the following steps: s1, when the metal strip to be measured moves at a high speed on the production line, a magnet is placed at a certain distance above the metal strip to excite the moving eddy current in the metal body; s2, placing a magneto-optical sheet between the magnet and the metal belt, wherein the magnetic field in the sheet is the superposition of the magnet magnetic field and the eddy current magnetic field; s3, aligning the magneto-optical sheet with a laser, and placing a polaroid on the laser propagation path to make the polarized light irradiated on the magneto-optical sheet be linearly polarized light; s4, placing another polaroid and a CCD sensor on the reflection path of the laser; and S5, connecting the CCD sensor with a computer, and displaying the acquired light intensity. When a defect occurs in the metal strip, the dynamic eddy current intensity is influenced, so that the magnetic induction intensity in the magneto-optical sheet and the rotating angle of the polarization direction of polarized light passing through the magneto-optical sheet are influenced, and the magnetic induction intensity and the rotating angle are finally reflected on the light intensity detected by the CCD sensor.)

一种基于磁光效应的动生涡流检测方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种基于磁光效应的动生涡流检测方法。

背景技术

金属带材在工业领域应用广泛，但受生产工艺影响，金属带材在生产时可能出现缺陷，为后续使用带来安全隐患。动生涡流检测方法是近年来提出的一种无损检测新方法，其检测探头由永磁铁和磁场传感器构成，可安装在金属带材的生产线，对金属带材中的裂纹等缺陷进行检测。当金属带材高速通过探头下方时，永磁铁和金属材料之间的相对运动会使金属带材中形成动生涡流。根据毕奥萨伐尔定律，该涡流会形成一个二次磁场。当金属带材中存在缺陷时，对涡流产生扰动，从而影响二次磁场。采用磁场传感器拾取该涡流扰动场，即可实现对缺陷的检测与评估。

根据已公开的文献资料，动生涡流检测中采用的磁场传感器分为绝对式和相对式两类。绝对式传感器包括巨磁阻传感器(GMR)和霍尔传感器，其灵敏度较高，但线性工作范围小，永磁体产生的强磁场易使其超出线性工作范围。线圈不会受线性工作范围影响，但其灵敏度相对较低，难以完成微小缺陷的检测。因此，动生涡流检测方法中的磁场探测方法有待进一步改进。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种基于磁光效应的动生涡流检测方法，旨在通过磁光效应对动生涡流产生的磁场进行探测，以解决传统磁场传感器存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于磁光效应的动生涡流检测方法，包括以下步骤：

S1.在金属带材生产线的辊道上方安装永磁铁，永磁体与金属带材上表面保持一定距离，当金属带材在辊道上运动时，经过永磁体下方的区域内将产生涡流；

S2.在永磁体和金属带材之间放置一块磁光薄片，磁光薄片中的磁感应强度为磁铁磁场和涡流磁场的叠加；

S3.在磁光薄片上方一定倾角处安置激光器，激光器对准磁光薄片，并在激光传播路径上放置一个起偏器，使偏振光作用在磁光薄片上；

S4.磁光薄片将激光反射，在激光反射路径上放置另一块检偏器和电荷耦合器件CCD，对检偏后的激光强度进行检测；

S5.CCD输出电压与电脑相连，由电脑储存检测到的激光强度，并由该强度对缺陷进行评估。

作为优选，所述永磁体为矫顽力较大的钕铁硼磁铁。

作为优选，所述永磁体与金属带材上表面之间的距离为5mm-10mm。

作为优选，所述磁光薄片与金属带材之间距离为2-3mm。

作为优选，所述激光器与金属带材的倾角角度为10°-30°。

作为优选，所述磁光薄片材料为沉积在(GdCa)₃(MgZrGa)₅O₁₂基体上的(GdBi)₃(FeAl)₅O₁₂，磁光薄片底部通过汽化镀有一层铝膜。

作为优选，所述起偏器和检偏器都为线偏振片，直径为30mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的动生涡流检测方法基于磁光效应，缺陷对动生涡流的扰动将改变磁光薄片中的磁感应强度，根据法拉第磁光效应，磁化强度的改变将改变偏振光的偏振角度，偏振角度的改变进一步影响通过检偏器后的光强，最终由CCD检测激光强度，由该光强实现缺陷评估。相比于基于GMR和霍尔的检测方式，本发明提出检测方式可以避免传感器超出线性工作范围的问题，相比于基于线圈的检测方式，本发明提出的检测方式具有更高的灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例动生涡流检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例中动生涡流分布示意图；

图3为本发明实施例中涡流产生的磁场示意图；

图4为本发明实施例中动生涡流检测装置立体示意图；

图5为本发明实施例中缺陷对动生涡流扰动的示意图。

图中，1-待轧铝坯，2-轧机，3-轧制铝带，4-卷取机，5-磁铁，6-激光器，7-起偏器，8-磁光薄片，9-检偏器，10-CCD传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1和4所示，动生涡流检测装置，包括：磁铁5、激光器6、起偏器7、磁光薄片8、检偏器9和CCD传感器10。

所述起偏器7和检偏器9都为偏振片。

在金属带材生产线上，待轧铝坯1经过轧机2后冷轧定型，成为轧制好的铝带3。在卷取机4的拉力作用下，铝带3环绕在卷取机4上，作为待出厂的原材料。

本发明提出的一种基于磁光效应的动生涡流检测方法，可用于检测轧制的铝带中是否存在缺陷。使用前，先在磁铁5远离磁光薄片8时对检偏器9进行调整。激光器6产生的激光经过起偏器7后形成线偏振光，由磁光薄片铝膜反射，再经过检偏器9后被CCD传感器10接收。调整检偏器9的角度，使其与线偏振光的偏振方向相同，此时CCD采集到的光强达到最大值I₀。

在生产线上，铝带具有一定的运动速度v，当其通过磁铁5下方时，其中的电子在洛伦兹力F＝ev×B的作用下运动，从而形成动生涡流。如图2所示，动生涡流11成环状，集中在磁铁5下方。如图3所示，根据毕奥萨伐尔定律，动生涡流11产生二次磁场12。磁光薄片8中磁感应强度B₁为磁场12与磁铁磁场的叠加。

根据法拉第磁光效应，线偏振光照射到磁光薄片后，经过磁光材料时偏振角度发生变化，其转角θ＝VBL，其中V为磁光薄片的费尔德常数，它表征物质的磁光特性，B为磁光片中的磁场值，L为磁光片厚度。激光遇到磁光片底部的铝膜后发生反射，再次经过上方的磁光材料。磁光薄片8中磁感应强度B₁时，激光偏振角变化为θ₁＝2VB₁L，此时CCD传感器采集到的激光强度变为I₁＝I₀×cos²(θ₁)。

当被测金属带材中存在缺陷时，动生涡流将发生畸变，其磁场也发生相应改变，效果如图5所示。此时，磁光薄片8中磁场的磁感应强度变为B₂＝B₁+ΔB。相应的，线偏振光经磁光薄片8反射后偏振角变为θ₂＝2V(B₁+ΔB)L，CCD采集到的光强变为I₂＝I₀×cos²(θ₂)。根据光强变化，即可对被测金属带材中的缺陷进行检测。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。