涡流检测的技术
现代无损检测技术第5章：涡流检测技术
12×2—103—4—5—6—2×图1 涡流渗透深度与激励频率的关系图2 藕合线圈的互感电路a) 藕合线圈电路b)互感作用电路c) 藕合线圈等效感电路折合阻抗与一次线圈本身的阻抗之和称为图3 交流电路中电压和阻抗平面图线圈等效电路b)电压向量图c)阻抗向量图图4图5 阻抗平面图a)线圈阻抗平面b)归一化阻抗曲线图5 福斯特的假想物理模型表2 不同频率f/fg 的有效磁导率μeff的值表中：f为涡流检测的激励频率，也称之为工作频率，fg 为特征频率。
f/fg为频率比，它是涡流检测中的一个重要参数。
因此归一化电压为：数所决定，即：a)绝对式2－检测线圈3－管材在裂纹)时。
检测线圈就有信号输出，来实现检测目的。
标准的比较式1－参考线圈2－检测线圈4－棒材线圈感应输出急剧变化的信号。
c)自比较式1－参考线圈2－检测线圈3邻桥臂上。
用于管子检测的探头线圈在交流桥路中的位置电桥个参考线圈。
绝对式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5探伤的材料进行检测。
差动式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5－外壳二. 涡流检测的频率选择用于非铁磁性圆柱形棒料的检测频率选择图图中：IACS 为国际退火铜标准图的使用方法如下：1) 在A 线上取棒料电导率σ；2) 在B 线上取棒料直径d ；3) 将这两点间的连线延长使之与C 线相交；4) C 线上的交点垂直向上画直线，与所需的kr 值所对应的水平线相交得到一点；5) 根据交点在频率图(斜线)中的位置，即可读出所需的工作频率。
只要适当调节控制信号OT的相位，使θ2＝90º，那么，干扰信号的输出为零，而总的信号输出(OC＝OAcosθ1仅与缺陷信号有关，消除了不平衡电桥法工作原理在涡流检测中用作参考标准的人工缺陷的种类和形状检测线圈的阻抗特性表面探头以50Hz的频率检测厚铝板缺陷绝对式探头检测阻抗图b)差动式探头检测阻抗图1、2－裂纹3－表层下洞穴时处理，并将结果在CRT上进行实时显示。
涡流检测—涡流检测技术(无损检测课件)
检测线圈的分类
穿过式线圈 检测管材、棒材和线材，用于在线检测
探头式线圈 放在板材、钢锭、棒、管、坯等表面上用，尤其适用于局部检
测，通常线圈中装入磁芯，用来提高检测灵敏度，用于在役检测 内插式线图
管内壁、钻孔。用于材质和加工工艺检查
第3节 涡流检测的基本原理
4. 设备器材
一般的涡流检测仪主要由振荡器、探头、信号输出电 路、放大器、信号处理器、显示器、电源等部分组成
第3节 涡流检测的基本原理
5. 检测技术
缺陷检测即通常所说的涡流探伤。主要影响因素包括工作 频率、电导率、磁导率、边缘效应、提离效应等。
➢ 工作频率是由被检测对象的厚度、所期望的透入深度、要 求达到的灵敏度或分辨率以及其他检测目的所决定的。检 测频率的选择往往是上述因素的一种折衷。在满足检测深 度要求的前提下，检测频率应选的尽可能高，以得到较高 的检测灵敏度。
5. 检测技术
➢ 边缘效应：当检测线圈扫查至接近零件边缘或其上面的孔 洞、台阶时，涡流的流动路径就会发生畸变。这种由于被 检测部位形状突变引起涡流相应变化的现象称为边缘效应。 边缘效应作用范围的大小与被检测材料的导电性、磁导性、
检测线圈的尺寸、结构有关。
5. 检测技术
➢ 提离效应：针对放置式线圈而言，是指随着检测线圈离开 被检测对象表面距离的变化而感应到涡流反作用发生改变 的现象，对于外通式和内穿式线圈而言，表现为棒材外径 和管材内径或外径相对于检测线圈直径的变化而产生的涡 流响应变化的现象。
4. 设备器材
检测仪器的基本组成和原理： 激励单元的信号发生器产生交变电流供给检测线 圈，放大单元将检测线圈拾取的电压信号放大并 传送给处理单元，处理单元抑制或消除干扰信号， 提取有用信号，最终显示单元给出检测结果。
无损检测技术中的涡流检测方法详解
无损检测技术中的涡流检测方法详解无损检测技术是一种用于检测材料或构件内部缺陷或性能状态的技术方法，它可以在不破坏被检测材料的情况下对其进行评估和监测。
涡流检测作为无损检测技术的一种方法，被广泛应用于工业生产、航空、航天、汽车、电力等领域。
本文将对涡流检测方法进行详细解释和阐述。
涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测技术。
其原理是利用交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流，通过对涡流的测量，来判断被测材料的缺陷或性能状态。
涡流检测方法可以检测到多种类型的缺陷，如裂纹、腐蚀、疏松等。
涡流检测方法主要包括以下几个方面：1. 电磁感应原理：涡流检测是基于电磁感应原理的，通过交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流。
当被测材料中存在缺陷时，涡流的路径和强度会发生变化，从而可以判断缺陷的位置和性质。
2. 探头设计：涡流检测中使用的探头通常由线圈和磁芯组成。
线圈通过交流电源激励产生交变磁场，磁芯则用于集中和引导磁场。
探头的设计对于检测效果起着重要的作用，不同类型的缺陷需要不同设计的探头。
3. 缺陷识别：通过分析涡流的强度、相位、频率等参数，可以判断被测材料中的缺陷类型和尺寸。
例如，对于裂纹缺陷，涡流的强度和相位会出现明显的变化。
通过对涡流信号进行数学处理和分析，可以得到准确的缺陷识别结果。
4. 检测技术：涡流检测技术可以分为静态检测和动态检测两种。
静态检测是指将被测材料放置在固定位置，通过探头对其进行检测。
动态检测则是指将探头和被测材料相对运动，通过对运动产生的涡流信号进行检测。
动态检测常用于对大型或复杂构件的检测。
涡流检测方法具有以下优点：1. 非接触性：涡流检测不需要直接接触被测物体，因此不会对被测材料造成损伤或影响其性能。
2. 高灵敏度：涡流检测可以检测到微小尺寸的缺陷，对于裂纹等细小缺陷具有很高的灵敏度。
3. 适用范围广：涡流检测方法适用于多种材料，如金属、合金、陶瓷等。
同时，它可以应用于不同形状和尺寸的材料和构件。
涡流检测技术
涡流密度衰减为其表面密度的 1/e (36.8％) 时对应的深度 渗透深度随被检材料的电导率、磁导率及激励频率的增大而减小。
涡流探伤能够达到的极限深度：
涡流密度仅约为其表面密度的5％时的深度 － 3δ。
3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度
Depth Depth
Eddy Current Density
3.4 涡流检测方法
3.4.1 涡流检测一般操作步骤 3.4.2 涡流检测的频率选择 3.4.3 涡流检测信号分析 3.4.4 提离效应及其抑制
3.4.2 涡流检测的频率选择
被检工件材料
非磁性材料：高频，数千赫兹 磁性材料：较低的频率
透入深度要求：频率越低透入深度越大 灵敏度要求(分辨力)：频率低灵敏度减小
3.2 涡流检测基础知识
3.2.1 与涡流检测相关的电学 和磁学基本知识
3.2.2 涡流检测技术原理
3.2.1 与涡流检测相关的电学和磁 学基本知识
3.2.1.1 金属的导电性
3.2.1.2 金属的磁特性 3.2.1.3 电磁感应
3.2.1.2 金属的磁特性
磁化：
物质在外磁场作用下感生出磁场的物理过程称为磁化。
while conducting an inspection, signals generated from the test specimen must be compared with known values.
• Reference standards are typically manufactured from the
抑止方法：
多项式拟合法 数字滤波 多频测量 模具支架固定探头
3.5 涡流检测诊断常用标准
1 钛及钛合金管材的涡流检验：GB／T12969.2—1991
涡流检测技术
B l E dl s t ds
31
2.2 涡流检测基础知识
二、麦克斯韦电磁方程组
D l H dl I 0 S t ds B l E dl s t ds
D ds q B ds 0
s s
0
D E r 0 E B H r 0 H J E
2
2
RS RZ R1 X S X Z X1
44
2.3 涡流阻抗分析法
复阻抗平面图
横轴：RS 纵轴：XS R2从∞逐步递减 到零
45
2.3 涡流阻抗分析法
2. 阻抗的归一化
横轴 纵轴
RS R1 L1 XS L1
46
2.3 涡流阻抗分析法
二、有效磁导率和特征频率
1.有效磁导率
8
2.1 涡流检测概述
二、涡流检测原理
9
2.1 涡流检测概述
三、涡流检测方法
激励线圈产生交变磁场
导体中感应出涡流
涡流磁场改变原磁场 线圈电压阻抗变化
间 接 方
法
判断导体的特性
10
2.1 涡流检测概述
1.涡流检测线圈及其分类
◆ 按相对位置分
◆ 按使用方式分 ◆ 按激励源分
◆ 按输出信号分
11
2.1 涡流检测概述
a a
0
0
0
J
J0
0
j kr
2
a
0
0
0
0
0
a
0
0
0
2
1
0
0
48
2.3 涡流阻抗分析法
eff
J1 j ka 2 j ka J 0 j ka
涡流检测ect检测技术标准
涡流检测ect检测技术标准涡流检测（ECT）是一种常用的无损检测技术，它利用涡流场对导体材料的检测，以实现对材料表面和近表面缺陷的检测。
下面是关于涡流检测技术的详细说明。
一、涡流检测的原理涡流检测是基于电磁感应原理的无损检测方法。
当一个交流电磁线圈靠近被检测的导电材料时，线圈中会产生交变磁场。
这个磁场会在被检测材料中产生涡流。
如果材料中存在缺陷或异常，如裂纹、气孔、夹杂物等，这些缺陷会改变涡流的分布和强度，从而改变线圈中的感应电动势。
通过测量这个感应电动势的变化，可以确定被检测材料中的缺陷。
二、涡流检测的优点1．高灵敏度：涡流检测对材料表面和近表面的缺陷非常敏感，可以检测出微小的裂纹和其他缺陷。
2．快速高效：涡流检测可以在线进行，且不需要对材料进行特殊处理，因此可以快速高效地检测大量材料。
3．无需耦合剂：与其他无损检测方法相比，涡流检测不需要使用耦合剂，因此可以减少污染和操作成本。
4．适应性强：涡流检测适用于各种导电材料，包括金属、合金、复合材料等。
三、涡流检测的局限性1．检测深度有限：涡流检测主要适用于材料表面和近表面的缺陷检测，对于深层缺陷的检测能力有限。
2．对材料形状和大小敏感：涡流检测的灵敏度受到材料形状和大小的影响，因此对于不同形状和大小的零件需要进行不同的检测设置。
3．不能检测非导电材料：涡流检测只能用于导电材料的检测，对于非导电材料的检测无能为力。
四、涡流检测的标准为了规范涡流检测的技术要求和应用范围，国际上制定了一系列相关标准。
下面是几个主要的涡流检测标准：1．ISO 18564-1: 无损检测-涡流检测-第1部分：一般原则和方法：该标准规定了涡流检测的一般原则和方法，包括检测设备的选择、检测程序、缺陷评定等方面。
2．ISO 18564-2: 无损检测-涡流检测-第2部分：设备：该标准规定了涡流检测设备的性能要求和测试方法，包括电磁线圈的设计、制造和测试要求等。
3．ISO 18564-3: 无损检测-涡流检测-第3部分：人员：该标准规定了从事涡流检测工作的人员要求，包括培训、资格认证、技能要求等方面。
涡流检测原理
涡流检测原理涡流检测是一种无损检测技术，其目的是检测材料或部件的表面、层间欠完整性，例如裂纹、变形、脆性断裂和腐蚀情况等，也可以用于评估局部的深层结构材料变化。
涡流检测技术利用电磁原理，通过发射和接收脉冲磁场来检测材料表面及其内部的缺陷。
发射的磁场会对缺陷表面以及外部环境产生涡流，而接收器可以接收到这些变化之后的磁场，并将其变换成一个信号。
涡流检测原理主要分两大类，即环境涡流检测(ECT)和带电涡流检测(DCT)。
环境涡流检测是利用磁场感应的涡流动态信号，而带电涡流检测则是利用功率驱动的小的信号电流来检测涡流信号。
环境涡流检测方法，可以利用脉冲磁场来检测工件表面上的裂纹或其它缺陷，经过脉冲磁场作用后，在缺陷处会形成环境涡流，接收装置可以探测到这种涡流脉冲信号。
通过对涡流脉冲信号进行分析，可以判断缺陷的位置、大小和类型。
带电涡流检测原理，其实就是通过一个驱动电源，将一定强度的电流通过工件表面，产生一系列的反应涡流，然后由接收装置接收这些涡流反应信号，经过处理后，可以确定出检测部位的细微缺陷和状态。
另外，对于绝缘材料或其他对电流非常敏感的材料，可以使用非带电涡流检测。
这种检测方法是通过自然风吹动检测物体的表面，从而形成涡流信号，然后用接收装置接收这些信号，根据信号的强弱判断缺陷的位置、大小等，可以检测出绝缘材料或其他对电流敏感的材料的表面细小的缺陷。
总之，涡流检测是一种重要的无损检测技术，它利用电磁原理，利用脉冲磁场、驱动电源电流以及自然风吹动等多种方式，可以快速有效地检测出材料表面及其内部的裂纹、变形、脆性断裂和腐蚀情况等，为材料的质量检测提供了可靠的依据。
涡流检测技术
Thank you
涡流检测的主要用途及影响感生涡流的特性的主要因素
目的 探伤
材质试验
厚度及位移 等的测量
检测因素 试件中的裂纹、腐 蚀、凹坑、夹杂、 气泡等
电导率 磁导率
提离效应、厚度效 应、充填效应等
典型应用
管、棒、线、板材等的探伤； 机制件的探伤； 飞机维护及管道系统的维护检查； 疲劳裂纹的监视。
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选； 金属材料成分含量、杂质含量的鉴 别。
金属试件上涂、镀等膜层测量； 板材测厚； 位移、振动测量； 液面位置、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
主要应用
• （1）能检测出材料和构件中的缺陷，例如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。 • （2）能测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料
的硬度和尺寸等。
• （3）金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能
当探头从零件的中间部位移动到零件的边缘时，仪器所发生的报警现
象，是由于边缘效应所致，一般不是裂纹信号
当探头扫描移动到局部漆层脱落处，仪器所发出的报警现象，属间隙
效应引起，一般不是裂纹信号
当探头移动到受检部位的形状，或曲率发生变化的区域时，发出的报
警现象，一般不是裂纹信号
在对非磁性材料进行涡流检测过程中，如探头移动到磁性材料附近，
涡流检测的特点
• 优点： • （1）不需耦合剂，对管、棒、线材易于实现自动化。 • （2）对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高。 • （3）能在高温、高速下进行检测。 • （4）应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因素均能实现检测。 • （5）工艺简单、操作容易、检测速度快。
介绍涡流检测技术的原理和实施步骤
介绍涡流检测技术的原理和实施步骤涡流检测技术旨在通过应用涡流原理来检测和评估材料或零件表面的缺陷或变化。
该技术广泛应用于工业领域，包括航空航天、汽车、电子、金属加工和材料测试等。
本文将介绍涡流检测的原理和实施步骤，以便更好地理解和使用这一技术。
涡流检测是基于法拉第电磁感应定律的原理。
根据该定律，当导体材料表面有变化时，通过其表面的交变磁场会产生涡流。
涡流的产生又会引起感应磁场的变化，进而可以通过检测感应磁场的变化来推断材料表面的变化和缺陷情况。
在涡流检测中，通常会使用一种称为涡流探头或涡流探头的传感器。
这个探头由绕组和核心组成，其中绕组会通过交变电流产生交变磁场，而核心则用于聚焦和增强交变磁场。
当涡流探头靠近被检测材料表面时，涡流会产生并在材料中形成一个环状流动。
涡流的强度和流动方向与材料的导电性、磁导率以及探头和样品的距离有关。
当涡流流过材料表面的缺陷时，其流动会受到干扰，从而改变了涡流感应磁场的分布。
这种改变可以通过检测感应磁场的变化来识别和分析。
实施涡流检测需要以下步骤：1. 设计合适的涡流探头和测试系统：根据需要确定探头的形状、尺寸和材质，以及测试系统的一些参数，例如频率和电流大小。
2. 准备被检测的样品：对于复杂形状的零件，可能需要定制特殊的夹具来保持样品和涡流探头之间的距离恒定。
在涡流检测前，需要确保样品表面整洁，并清除任何可能影响检测结果的脏污或涂层。
3. 确定涡流探头和样品之间的间距：通过调整涡流探头和样品之间的距离，可以影响涡流感应磁场的分布以及对缺陷的探测灵敏度。
通常采用标准试样进行校准，以找到最佳的探测距离。
4. 进行涡流检测：将涡流探头放置在被检测材料的表面，并施加适当的交变电流。
通过检测感应磁场的变化，可以确定任何存在的缺陷或变化。
传统上，可以使用示波器、磁通计或涡流图像系统等设备来记录和分析感应磁场数据。
5. 分析和解释检测结果：根据涡流检测得到的数据，可以准确识别样品表面的缺陷或变化，并进行定性和定量评估。
涡流无损检测技术的原理与应用
涡流无损检测技术的原理与应用涡流无损检测技术是一种利用涡流感应原理进行材料表面缺陷检测的方法。
该技术广泛应用于金属材料的质量控制和缺陷检测领域。
本文将介绍涡流无损检测技术的原理和应用，以及其在不同行业的实际应用案例。
涡流无损检测的原理是基于法拉第电磁感应定律和西班牙科学家费曼尼尼发现的旋涡电流效应。
当交流电流通过导体时，会产生一个旋涡状的电流，这种电流称为涡流。
涡流会在导体内部产生磁场，进而产生一个反作用磁场，这个反作用磁场会影响交流电磁感应。
当涡流与缺陷相遇时，会改变磁场的分布，从而使得涡流感应信号发生变化。
通过测量涡流感应信号的变化，可以判断材料表面是否存在缺陷。
涡流无损检测技术具有以下优点：首先，非接触性检测，对被测材料没有损伤；其次，对于导电材料的缺陷检测效果较好，可以检测到细小和浅层缺陷；再次，检测速度快，可以实现在线检测，提高生产效率。
因此，涡流无损检测技术被广泛应用于航空航天、汽车制造、金属加工、核电站等领域。
在航空航天领域，涡流无损检测技术常用于检测飞机零件的缺陷，如飞机引擎叶片的裂纹和变形。
这些缺陷可能会导致零件在高速运行时发生断裂，从而引发灾难性后果。
通过使用涡流无损检测技术，可以及早发现并修复这些缺陷，确保飞机的安全飞行。
在汽车制造领域，涡流无损检测技术常用于检测汽车零件的质量。
例如，发动机缸套的质量对汽车性能有着重要影响。
通过使用涡流无损检测技术，可以检测发动机缸套的裂纹和孔洞等缺陷，并对有缺陷的零件进行剔除和维修，确保汽车发动机的质量和可靠性。
在金属加工领域，涡流无损检测技术常用于检测金属材料的表面缺陷。
例如，铝合金汽车车轮在制造过程中，可能会出现气孔、夹杂和裂纹等缺陷。
这些缺陷会对车轮的强度和承载能力产生不良影响。
通过使用涡流无损检测技术，可以对车轮进行高效、准确的缺陷检测，提高产品质量。
在核电站领域，涡流无损检测技术常用于检测核电站设备的缺陷。
核电站设备的安全性对核电站的正常运行至关重要。
涡流检测技术
1无损检测也称非破坏性试验( Non-Destructive Testing， NDT) ：指在材料、工件、设备及结构物不被破坏的前提下，利用它们的物理特性因缺陷的存在而发生变化的事实，测定其变化量，从而检出其内部是否存在缺陷，和缺陷的形状、位置、大小和严重程度和发展趋向，这一检测判断的整个过程称为无损检测。
2．什么叫涡流（Eddy-current）？当金属导体处在变化着的磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应作用而在金属导体内产生的旋涡状流动电流。
3．什么叫阻抗（R resistance）—一能量损耗（Energy lost）？电流通过导体材料过程中，电荷在导体中移动将克服一定的阻力，即电阻（R）。
导体材料的电阻使部分电能转化为热，损耗一定的能量。
激励电流在线圈中流动，或感应电流在被测导体（工件）中流动都要损耗能量，不同试件因导电率、磁导率等影响因素各异，能量损耗的大小也不一样。
4．什么叫电抗（X reactance）—一能量存储（Energy stored）？当电流通过导体时，导体周围形成磁场，部分电能转化为磁场中的磁能，在一定条件下磁场的磁能可转变成感应电流。
涡流检测中，除了自感现象以外，两个相邻的线圈间还有互感现象存在。
无论自感电流，抑或互感电流所形成的磁场，总要阻碍原电流增强或减弱，这就是感抗的作用。
同理，电容器对电压变化的阻碍作用称为容抗，感抗和容抗统称为电抗。
一般地说，磁性材料增强检测线圈的电抗，非磁性材料削弱检测线圈的电抗。
5．涡流检测技术的特点是什么？涡流检测是一种应用较广泛的无损检测技术，是五大常规无损检测方法之一，该检测法具有如下技术特点：①检测速度快，易于实现自动化。
由于涡流检测的基本原理是电磁感应，涡流检测只适用于能产生涡流的导电材料。
涡流检测线圈激励后所形成的电磁场实质是一种电磁波，具有波动性和粒子性，所以检测时传感器不需要接触工件，也不必在线圈与试件之间填充耦合剂，因此检测速度快，对管、棒材的探伤每分钟可检查几十米；对丝、线材的探伤每分钟可达几百米，甚至上千米，因此，易于实现自动化检测。
公共基础知识涡流检测技术基础知识概述
《涡流检测技术基础知识概述》一、引言在现代工业领域中，无损检测技术起着至关重要的作用。
其中，涡流检测技术作为一种重要的无损检测方法，凭借其高效、准确、非接触等特点，在航空航天、电力、石油化工、机械制造等众多行业得到了广泛应用。
本文将对涡流检测技术的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、涡流检测技术的基本概念（一）定义涡流检测技术（Eddy Current Testing，简称 ECT）是一种基于电磁感应原理的无损检测方法。
它通过给检测线圈施加交变电流，产生交变磁场，当该磁场靠近导电材料时，会在材料中感应出涡流。
涡流的大小、分布等特性会受到材料的物理性质（如电导率、磁导率等）以及缺陷的影响。
通过检测线圈测量涡流的变化，可以推断出材料的性能和缺陷情况。
（二）检测原理当检测线圈靠近导电材料时，线圈中的交变电流会在材料中感应出涡流。
涡流的流向与线圈中的电流方向相反，会产生一个与原磁场方向相反的磁场，从而改变检测线圈的阻抗。
如果材料中存在缺陷，如裂纹、气孔等，会改变涡流的分布和大小，进而导致检测线圈的阻抗发生变化。
通过测量检测线圈的阻抗变化，可以判断材料中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小和形状等信息。
（三）检测对象涡流检测技术适用于各种导电材料，如金属材料（如钢铁、铝、铜等）、合金材料等。
它可以检测材料的表面和近表面缺陷，如裂纹、腐蚀、磨损等，也可以检测材料的厚度、电导率、磁导率等物理性质。
三、涡流检测技术的核心理论（一）电磁感应定律涡流检测技术的基础是电磁感应定律。
根据电磁感应定律，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势。
在涡流检测中，检测线圈中的交变电流产生的交变磁场会在导电材料中感应出涡流，这就是电磁感应的过程。
（二）涡流场理论涡流场理论主要研究涡流在导电材料中的分布和变化规律。
涡流的大小和分布受到材料的电导率、磁导率、检测频率、线圈形状和尺寸等因素的影响。
涡流检测技术
三、涡流的趋肤效应和渗透深度
1.趋肤效应 感应出的涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附
近的现象。涡流密度随着距离表面的距离增加而减 小。 2.渗透深度
趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及 感生涡流的密度，从被检材料的表面到其内部按指 数分布规律递减。将涡流密度衰减为其表面密度的 1/e（36.8%）时对应的深度定义为：
XM M 互感抗 （3-2）
将次级线圈的折合阻抗与初级线圈自身的阻抗的和称为 初级线圈的视在阻抗Zs，即
Zs Rs jX s R1 Re j( X1 X e ) （3-3）
式中：Rs为视在电阻；Xs为视在感抗。
应用视在阻抗的概念，就可认为初级线圈电路中电流和电 压的变化是由于它的视在阻抗的变化引起的，而据此就可以得 知次级线圈对初级线圈的效应，从而可以推知次级线圈电路中 阻抗的变化。
当检测阻抗发生变化（如线圈的被检测零件中出现缺陷） 时，桥路失去平衡，这时输出电压不再为零， 而是一个非常 微弱的信号， 其大小取决于被检测零件的电磁特性。
U
Z1
Z1Z 3
Z2 Z3
Z4
E
（3-9）
式中： Z1、Z4为固定桥臂阻抗； ΔZ3为检测线圈阻抗的变化， 通过测量U，可间接得到ΔZ3。
3.3
当初级线圈与次级线圈（被检对象）相互耦合时，由于互感的
作用，闭合的次级线圈中会产生感应电流，而这个电流反过来又
会影响初级线圈中的电压和电流。这种影响可以用次级线圈电路
阻抗通过互感M反映到初级线圈电路的折合阻抗来体现，设折合
阻抗为。
Ze
Re
jX e
X
2 M
R22
X
2 2
R2
j
X
无损检测技术中的涡流检测方法详解
无损检测技术中的涡流检测方法详解涡流检测方法是无损检测技术中的一种重要方法，广泛应用于各个领域，如航空航天、石油化工、机械制造等。
本文将详细介绍涡流检测方法的原理、应用场景以及优缺点。
涡流检测（Eddy current testing）是一种基于涡流感应原理的无损检测技术。
它利用感应线圈产生的交流电磁场与被测试物体中存在的缺陷或材料变化相互作用，通过检测电磁场的变化来判断被测物体的质量和完整性。
涡流检测方法可以检测许多不同类型的缺陷，如裂纹、气孔、金属中的杂质等。
涡流检测方法有很多应用场景。
首先，它可以用于表面缺陷的检测。
涡流检测方法可以检测出金属表面的裂纹、腐蚀、划痕等缺陷，对于保证产品质量和安全非常重要。
其次，它可以用于导电材料的非破坏性探伤。
例如，在航空航天领域中，涡流检测可以检测飞机发动机叶片、涡轮叶片等高温部件的裂纹情况。
此外，涡流检测还可以用于金属材料中的疲劳损伤检测、焊接接头质量评估等方面。
涡流检测方法有很多优点。
首先，它可以实现非接触检测，无需与被测物体直接接触，减少了对被测物体的损伤。
其次，涡流检测方法可以高效地检测大面积的缺陷，节省了时间和人力成本。
此外，涡流检测方法适用于各种导电材料，包括金属和合金，具有很高的适应性。
最后，涡流检测方法对材料的电导率变化敏感，可以检测金属材料中的杂质和缺陷。
然而，涡流检测方法也有一些缺点。
首先，它只能用于导电材料的检测，对于非导电材料无法应用。
其次，涡流检测方法对于缺陷的探测深度有限，只能检测物体表面附近的缺陷。
此外，涡流检测方法对于复杂形状的物体或小尺寸缺陷的检测具有一定的限制。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择适合的检测方法。
在涡流检测方法实施过程中，需要注意一些关键要点。
首先，选择合适的感应线圈和频率。
感应线圈的大小、形状和频率的选择将直接影响到检测结果的质量。
其次，设置合理的检测参数。
检测参数包括检测速度、灵敏度等，需要根据具体情况进行调整。
涡流检测技术
涡流检测技术
电流速度检测技术是指一种测量流体（气体或液体）的电流的技术，主要用于测量管道、涡流、螺旋流和其他流体的流速。
这项技术可以在流动过程中精确检测流体电流，并在感应过程中记录其方向和速度。
该技术采用检测器或传感器探测流体电流，其中可以使用电缆或磁流量计来检测和实施分析流体内部的涡流。
系统可以在实验室环境或实际工程环境中对涡流进行观察和检测，并实时分析流体的流态特性，如流速、流量和方向。
该技术的优点在于其可以快速准确的测量流体的流速，并能够实时监测流动状态，从而更好地控制该流体的流动状态。
另外，它还可以进行精细检测分析，记录涡流在短时间内变化的细节，从而提升涡流检测的精度和准确性。
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目录涡流检测技术及进展 (2)涡流检测自然裂纹与信号处理 (5)压力容器列管涡流检测技术的研究 (9)金属锈蚀的涡流检测 (11)涡流检测技术及进展1 引言涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的无损检测方法。
如图1，已知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直于工件的交变磁场。
检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变化。
若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，检测该变化可判断有无缺陷。
随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现长足发展。
2 涡流检测的信号处理技术提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。
2.1 信号特征量提取常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变换法。
傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。
其优点是，不受探头速度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更逼近原曲线。
但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感，且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。
用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方法称为主分量分析法，该方法对于相似缺陷的分辨力较强。
小波变换是一种先进的信号时频分析方法。
将小波变换中多分辨分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。
这种经小波变换处理后的信号，其信噪比会得到很大的提高。
2.2 信号分析(1) 人工神经网络人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。
组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2 降到N，网络结构大为简化，训练速度很快，具有较高的缺陷识别率和实用价值。
神经网络可实现缺陷分类，具有识别准确度高的优点，对不完全、不够清晰的数据同样有效。
(2) 信息融合技术信息融合是对来自不同信息源检测、关联、相关、估计和综合等多级处理，得到被测对象的统一最佳估计。
涡流C 扫描图像的融合，将图像分解为多子带图像，并在转换区内采用融合算法实现图像融合。
Ka Bartels等采用信噪比最优方法合并涡流信号，并用空间频率补偿方法使合并前高频信号变得模糊而低频信号变得清晰。
Z Liu等利用最大值准则选择不同信号的离散小波变换系数，选取待融合系数的最大绝对值作为合并转换系数。
因此融合信号可基于这些系数，利用逆小波变换来重构。
小波变换可按不同比例有效提取显著特征。
在融合信号过程中，所有信号的有用特征都被保存下来，因此内部和表面缺陷信息得到增强。
2.3 涡流逆问题求解换能器检测到的信号隐含缺陷位置、形状、大小及媒质性质等信息，由已知信号反推媒质参数(电导率)或形状(缺陷)，属于电磁场理论中的逆问题。
为求解涡流逆问题，先要建立缺陷识别的数学模型，有形状规则的人工缺陷、边界复杂的自然缺陷、单缺陷和多缺陷等模型；在媒质类型方面，有复合材料和被测件表面磁导率变化等模型。
随着计算机技术发展，缺陷模型各种数值解法也获得进展。
出现有限元法、矩量法和边界元法等。
3 涡流检测设备美国的EM3300 和MIZ-20 为采用阻抗平面显示技术典型产品，而TM-128 型涡流仪是我国首台配有微机带有阻抗平面显示的涡流探伤仪。
MFE-1三频涡流仪是我国研制的首台多频涡流检测设备。
随后，国内研制成功多种类型的多频涡流检测仪，如EEC-35、EEC-36、EEC-38、EEC-39 和ET-355、ET-555、ET-556 等。
目前，我国在有限元数值仿真、远场涡流探头性能指标分析及检测系统的研制等方面取得研究成果，推出商品化远场涡流检测仪器，其中ET-556H和EEC-39RFT 已用于化工炼油设备的钢质热交换管和电厂高压加热器钢管的在役探伤。
今后涡流检测技术研发包括：完善换能器设计理论，研制性能更好的涡流检测换能器；研究缺陷大小形状位置深度的涡流定位技术和三维成像技术；研究并推广远场涡流检测技术；进一步研究金属材料表面疲劳裂纹的扩展、开裂、机械加工磨削烧伤及残余应力涡流检测技术。
应用该项技术进行无损检测必将得到广泛应用。
涡流检测自然裂纹与信号处理涡流检测(Eddy Current Testing, ECT)是一种检测导电材料表面及近表面缺陷的有效方法。
目前在压力容器、核电站热交换管道、飞机结构等关键设备的缺陷检测中得到广泛应用。
然而,由于受到环境噪声及探头提离与设备结构变化所引起的非缺陷信号的影响,缺陷的ECT信号往往被恶化。
为了增强缺陷检测及表征的可靠性和有效性,在使用缺陷分类和形状反演技术之前,需要采用信号预处理技术来提高ECT信号的信噪比。
小波分析可以提供信号的频率信息和空间位置信息,对于分析信号的局部特征非常有用。
可以在不丢失缺陷信号信息的情况下去除噪声。
用小波分析方法处理ECT信号,可以增强缺陷信号的信噪比,使缺陷被可靠检测及精确表征。
1自然裂纹ECT信号的采集为了使分析结果接近实际,采用自然裂纹作为研究对象。
选用200 mm长, 100 mm 宽, 8 mm厚的合金钢板,先沿宽度方向在平板表面中央加工一条浅槽,然后固定在机械装置上,并使平板两端及中间三点反复受力弯曲,直到最终产生疲劳裂纹。
按此方法制作了多块具有疲劳裂纹的试样。
自然裂纹试样制作完成之后,用安装线圈探头的涡流检测仪在多种不同频率下对裂纹进行扫描以获得ECT信号。
探头由涡流检测仪激励,并由计算机控制的扫描平台进行精确定位。
探头在试样不同位置采集的ECT信号被送到检测仪,并经过A /D转换器在计算机中存储起来,用于分析处理。
图1显示了激励电流频率为100 kHz时,探头在平板上方沿裂纹方向扫描时所采集的ECT信号。
横坐标代表探头采样点位置,而纵轴表示采集的ECT信号幅度大小。
在图1中所示的信号中,可见低频的提离噪声信号比缺陷信号强的多,缺陷信号几乎被提离噪声湮没。
将导致缺陷不能被可靠检测和表征。
在图1中也存在环境等因素引起的白噪声信号,虽然不太明显,但同样干扰对缺陷的识别。
2离散小波变换的信号处理算法2. 1ECT信号的小波分解这里采用被称为正交紧支集的Daubechies小波对ECT信号进行离散小波分析。
首先使用离散小波变换算法将探头信号f ( t)进行M 个频率级的分解。
适当地选择基本小波和分解频率级M ,缺陷信号和噪声能相互分离。
低频提离噪声可以被分解成AM ,而缺陷信号和高频噪音可以被分解成{Dj }。
其中{Dj }的高频级主要被高频噪声控制,其中也包含部分缺陷信号的高频分量。
经过多次对ECT信号进行分解比较,发现采用10阶Daubechies小波将信号进行7个尺度的小波分解,其中低频近似分量可以将提离噪声提取出来。
图2显示了对图1所示ECT信号进行分解的情况。
图2最上方的波形是原始信号,缺陷信号是一个出现在位置120周围的带通信号。
图2中的其它波形是信号分解的部分结果。
从图2中可以明显看出低频逼近系数a7提取出了提离噪声,而白噪声主要包含在高频细节分量d1、d2中。
2. 2小波系数的处理和缺陷信号的重构对原始ECT信号进行小波分解之后,按照下面的原则处理分解系数。
因为原始信号中提离噪声很强,所以首先应将其去除,然后再考虑去除白噪声。
在a7中的系数主要为提离噪声,因此将它设为零去除[ 3 ] 。
除去代表提离噪声的低频近似系数a7后,发现信号中仍然含有部分提离噪声,所以对去除部分提离噪声的信号继续使用10 阶Daubechies小波将信号分解成9个频率级,除去代表提离噪声的低频近似系数之后的信号如图3所示。
去除提离噪声后,接下来就需要去除包含在细节系数{Dj }中的白噪声,虽然白噪声与缺陷信号有重叠,但利用白噪声与缺陷信号的不同空间幅频特征,可以通过一些算法处理小波系数,有效地减少白噪声。
利用5阶Daubechies小波对图3中两次去除提离噪声后的信号进行离散小波分解,信号被分解成5个频率级,如图4所示。
对图4低分辨率下的小波变换全部保留,高分辨率下的小波变换则只有被确认为缺陷信号附近的各点才予以保留,其余的都加以去除。
在各级细节中的小波系数既来自缺陷信号,也来自高频噪声。
为了去除噪声,需要首先识别缺陷信号的小波系数。
缺陷信号的幅度通常比噪声小波系数的幅度大,通过设置门限,缺陷信号的小波系数可以很容易地选择出来。
3结论采用小波变换信号处理技术来减少从自然裂纹试样获得的一维和二维ECT 信号中的非缺陷信号和白噪声,结果显示有效地减小了白噪声和非缺陷信号,重构了缺陷信号。
与傅立叶变换等传统滤波技术相比,采用小波变换方法去噪具有加强ECT信号的信噪比而不丢失缺陷信号信息的优势。
为缺陷的可靠检测及精确表征提供了保证。
压力容器列管涡流检测技术的研究1前言压力容器中加热器一般都由很多钢管组成, 它们长期承受压力和腐蚀, 管内会产生各种应力腐蚀裂纹和点蚀缺陷, 需定期进行检测以保证设备的安全运行。
由于钢管数目多, 拆卸又不方便, 通常采用现场检测的方法。
涡流检测具有不需要耦合剂、检测速度快及对金属管子表面缺陷检测灵敏度高等优点, 是对这一类管子进行检测的最好方式。
但是, 由于在检测加热管的内外壁缺陷时, 管外部的管板、支撑板和支承条等都会产生干扰信号, 需加以抑制。
双频涡流检测技术采用两个频率同时工作, 具有两个相对独立的测试通道, 既能有效地抑制上述干扰信号, 又能准确地检测出缺陷信号。
2对比试样制作2.1材料要求用于对比试样的钢管须与被探伤钢管的公称尺寸相同, 化学成分、表面状况及热处理状态相似, 即有相似的电磁特性, 钢管的弯曲度不大于1.5∶1000, 表面无氧化皮, 无影响校准的缺陷。
2.2制作按标准, 对比试样的人工缺陷为穿过管壁并垂直于钢管表面的孔, 人工缺陷为五个, 其中三个处于对比试样中间部分, 沿圆周分布,大体上互成120°角, 彼此之间的周向距离不小于200mm。
另外, 距管两端不大于200mm处各加工一个相同的人工缺陷, 以检验端部效应, 如图1所示。
3双频涡流检测原理双频涡流仪的测量电路通常是一交流电桥。
其检测线圈一般接成差动形式, 构成电桥的两臂。
当测量电桥平衡(即线圈在远离缺陷或横跨缺陷两边时) , 其输出为零。
反之, 当差动检测线圈先后通过管臂内缺陷处时, 管臂内涡流先后产生部分中断或畸变, 使两个检测线圈的阻抗发生相应的变化。
该变化会破坏电桥平衡, 使测量电桥先后输出两个相应的不平衡信号, 经放大处理后, 在阻抗平面显示器上显示具有一定相位角和幅值的“8 ”字形轨迹, 供判断缺陷的性质和危害程度。