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基于PYTHON的多通道漏磁检测系统设计
资料介绍
关 键 词】 漏磁检测 三轴磁场传感器 Arduino Python
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)
期
·
检测与控制
2019
3
(
32
，
卷 总第
161
机械研究与应用
年第
期
第
－
doi: 10．16576/j．cnki．1007 4414．2019．03．044
*
PYTHON
基于
的多通道漏磁检测系统设计
， ，
李广凯 周庆祥 肖君武
(
，
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛
266111)
: ， ， ，
要 针对钢管漏磁检测中存在单通道探头检测效率低 缺陷定量困难 仪器不便携带等难题 根据漏磁检测原理
摘
。 ;
设计了一套多通道漏磁检测系统 应用三轴磁场传感器芯片研制了四通道漏磁检测探头 采用
Python
语言编程控制
Arduino 、 ; 。 ，
开发板进行信号采集 处理及显示 测试系统检测性能并开展缺陷定标试验 结果表明 三轴磁场传感器不仅
、 ， ;
能高效 准确检测出钢管缺陷 而且具有较高的检测灵敏度 多通道漏磁检测系统既能实现对对钢管的实时检测和显
， ， 。
示 且界面简单友好 携带方便 对钢管的漏磁检测具有极高的实用性和市场应用价值
。
: ;
关键词 漏磁检测 三轴磁场传感器
; Arduino; Python
－ － －
: 1007 4414( 2019) 03 0144 04
: TP27
: A
中图分类号
文献标志码
文章编号
Design of Multichannel Magnetic Flux Leakage Testing System Based on PYTHON
－ － －
LI Guang kai，ZHOU Qing xiang，XIAO Jun wu
( CRRC Qingdao Sifang Co．，Ltd，Qingdao Shandong 266111，China)
－
Abstract: In view of the problems such as low detection efficiency of single channel probe，difficulty in defect quantification
－
and inconvenience in carrying instruments，a multi channel magnetic flux leakage testing system is designed according to the
－
－
principle of magnetic flux leakage testing． A four channel MFL detector is developed by using the three axis magnetic field
sensor chip; the Arduino development board is programmed with the Python language for signal acquisition，processing and
display; the detecting performance of system is tested，and the defect calibration test is carried out． The results show that the
－
three axis magnetic field sensor can not only detect the steel tube defects efficiently and accurately，but also has high detec-
－
－
tion sensitivity． The multi channel magnetic flux leakage testing system can not only realize real time detection and display of
steel tubes，but also has a simple and friendly interface and is convenient to carry． It has great practical and market value for
the magnetic flux leakage detection of steel tubes．
Key words: magnetic flux leakage testing; three axial magnetic field sensor; Arduino; Python
现有市场上常用的漏磁检测仪器多为单轴的霍
0
引 言
，
尔传感器且灵敏度较低的线圈传感器 单次检测只能
、 、
钢管因其高强度 高硬度 易得且造价低等优点
［1］
， ，
检测出缺陷单个方向的信号 漏检概率大 检测效率
、
而成为输油 输气管道的首选材料
。
，
然而 在长期
， 。 ，
低 缺陷定量困难 这使得仪器界面复杂 使用人员
， 、
使用过程中 由于土壤或管道内水分 空气等的存在
，
。 ， ，
需要一定的培训周期 因此 基于简化仪器界面 并
，
钢管内外壁易出现腐蚀 甚至导致裂纹缺陷的发
－
［2 5］
，
PYTHON
提高检测效率的目的 本文使用
语言对复
进行链接设计了一套漏磁
检测系统 通过三轴磁场传感器对漏磁信号进行检
arduino nano
，
、 ， ，
严重威胁着油 气的安全输送 因此 对钢管
生
－
［9 18］
杂的三轴磁场传感器
。
内外表面缺陷的检测极其重要
，
，
目前 在钢管内外壁缺陷检测中经常使用的方法
;
测 使用
电子开发板将缺陷信号传输到
、 。
有超声检测 射线检测及涡流检测等 超声检测钢管
;
上位机 应用
PYTHON
语言编辑上位机界面控制信
， ; ，
时 往往需要其表面脱漆 射线检测检测效率低 且不
，
号的实时显示与处理 并开展试验测试检测系统性能
。
适于现场检测 漏磁检测是当前较为成熟且工业应
，
及缺陷定标 对检测系统的实用性进行验证
。
。
用最广泛的管道检测技术 漏磁检测技术对管道清
1
， ，
洁度要求低 可兼用于输油和输气管道 且对于管道
漏磁检测原理
、
内外壁的腐蚀 机械损伤等金属损失缺陷十分敏
( MFTL，Magnetic Flux Leakage Tes-
漏磁 检 测
－
［6 8］
。
、
通过漏磁检测技术对缺陷进行识别 定位和
ting)
是以自动化为目的发展起来的一种自动无损检
感
， 、
量化统计 是指导管道合理维修 开展管道完整性管
。
测技术 漏磁检测的基本原理是建立在铁磁性材料
。
。
的高磁导率特性之上的 铁磁性材料的磁导率远大
理工作的重要手段
－ －
: 2019 05 12
*
收稿日期
－
( 1988 ) ， ， ， ， ， : 。
男 山东菏泽人 高级工程师 硕士 研究方向 机车车辆无损检测
:
作者简介 李广凯
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·
·
机械研究与应用 2019
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32
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卷 总第
161
)
期
检测与控制
年第
期
第
( ) 。
于其它非铁磁性介质 如空气 的磁导率 对被检工
4 。
化装置如图 所示 漏磁检测探头被固定在两个磁
， ，
件磁化后 磁场集中于被检工件近表面 当工件中出
，
化线圈的中间 漏磁检测探头感应到工件的漏磁场信
， ，
现裂纹缺陷时 磁场传播于裂纹处受阻 一部分磁场
arduino ，arduino
内 对信号进行采集后传
号并输送到
， ，
沿缺陷底端传播 另一部分磁场则由缺陷处外泄 体
，
输到上位机 上位机对信号进行处理并显示
。
， 1 。
现在磁力线上则为磁力线的突起 如图 所示 传感
2．1
信号检测装置
，
器检测到外泄漏磁场以确定缺陷的存在 通过处理传
。
信号检测装置由漏磁检测探头和磁化装置组成
、
感器测量的信号可以进一步评价缺陷的形状 尺寸等
工件经直流磁化装置磁化的同时匀速从环形磁化装
。
， ，
置经过 检测探头对工件做相对匀速扫描 实现多路
特征
。 4
通道对缺陷的检测 探头由内部 个三轴磁场传感
，
器等间距并排封装在弧形铜制外壳中构成 具体结构
5
如图 所示
。
1
图
漏磁场磁力线示意图
2
，
为钢管漏磁检测原理图 通过外部激励磁场
图
，
将钢管进行磁化 漏磁检测传感器探头位于两个圆形
， ，
磁化器中间 采用被检钢管运动 探头固定的方式进
。
行缺陷扫查
4
5
图
磁化装置
图
探头结构图
Melexis
三轴磁场传感器采用比利时
MLX90390
公司生产的
。 ， ，
芯片 为减小体积 实现探头小型化 采
QFN
。
封装形式 供电采用
arduino nano
用
开发板内
3．3V
，
电源电压 该芯片是一款基于霍尔效应
提供的
， 、 、
的数字型芯片 具有功耗低 体积小 分辨率高等优
。
，
基于霍尔原理 芯片所处位置的磁场强度及温度
点
，
等会在芯片内产生电势差 通过
Python
上位机系统
X、Y、Z
三维方向
2
图
钢管漏磁检测原理图
，
控制该芯片 可同时得到该芯片处
，
的磁场强度 将所测得的磁场强度信息经由芯片转换
2
多通道漏磁检测系统
－
0．12
位数字量输出 该芯片测量磁场的范围为
16
，
成
、
多通道检测系统由信号检测装置 信号传输处
T～0．12 T，
能够满足漏磁检测工作的需求
。
、
理 上位机控制与信号显示三部分组成
。
3
图
为检测
USB
多个三轴磁场传感器阵列排布能有效地增大扫
。Python
，
上位机系统启动后 通过
系统示意图
， ，
查面积 增加传感器的空间分辨能力 提高检测效率
。
Arduino nano
接口命令由
对漏磁检测探头内三轴霍
，
为增大扫查面积 将四块
MLX90393
芯片焊接到自制
arduino
，
尔传感器初始化 而后漏磁检测系统开始工作
。
PCB
，
板上 芯片各个引脚通过接线连接至
开
，
PYTHON
发板 并采用
和分时复用控制
四个通道的传感器分别固定于圆弧形铜制外壳
上位机编程对其进行初始化
，PCB
6
。
板电路图如图 所示
， ，
内部 固定传感器后 将各个端口的导线从圆孔中引
，
出并进行封装 即完成三轴磁场传感器的研制
。
2．2
信号传输处理装置
传感器阵列采集到工件的漏磁场信号后将数据
arduino ，arduino C ，
经过 语言编程 实现了
3
图
检测系统示意图
先送到
一系列的数据接收 数据处理与数据上传
arduino 。Arduino
中
，
。
7
图 为
，
待检工件经过轮毂传动至磁化装置进行磁化 磁
、
中的程序流程图
是一款便捷灵活
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