金属表面裂纹涡流检测系统

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金属表面裂纹涡流检测系统

张方H郭顺生H程松波

*武汉理工大学信息工程学院H湖北武汉F I""D I,

摘要B针对现实生活中由于金属裂纹引发的众多灾难性事故H研究设计了一种结构简单J灵敏度高而且

便于携带的金属表面裂纹涡流检测装置(该装置应用涡流探伤的基本原理H采用磁性材料H制作了一种精细

的涡流传感器H用于前端提取微弱的裂纹信号K后台应用单片机控制电路H处理提取的滤波J放大J L M N转

换等信号H最后由单片机驱动声J光报警H显示裂纹缺陷的相对大小H实现了防患于未然的目的(

关键词B涡流检测K裂纹K传感器K交变磁场K单片机

中图分类号B O P!"#(C文献标识码B L

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在金属材料的使用中存在大量的断裂现象H特别是材料与构件的脆性断裂H为人们带来了很多灾难性的事故H其中涉及舰船J飞机J轴类J压力容器J宇航器J核设备和各类武器等多方面(因此H断裂问题始终是研究各种材料的一个重要课题(

为了避免金属构件在加工和使用过程中发生断裂H除了要加强材料本身的强度以外H更重要的是要及时发现隐患H在裂纹未构成威胁前检测出来(常用的导磁材料的表面裂纹检测方法有B磁粉检测J漏磁检测和涡流检测(磁粉检测的灵敏度高H但是难以对疵病进行定量H不易实现检测自动化H且对表面有涂层及潮湿的工件检测效果很不理想K漏磁检测由于采用直流磁化时无高频信号存在H故探头几乎没有零电势存在H给信号处理带来方便H但是对很窄的裂纹检测灵敏度不高H且磁敏元件易损H检测速度低(这两种方法还有一个不足之处就是检测后的构件都必须作退磁处理(涡流检测是近年来发展较快的万方数据

G收稿日期B!""$E"’E C F

作者简介B张方*C+’!(,H女H硕士生H主要从事信息化安全H制造业信息化等研究(

通讯作者B郭顺生*C+#I(,H男H教授H博士生导师H主要从事机电一体化J制造业信息化等研究(

一种无损检测技术!对表面开口裂纹很灵敏!在表面涂层"潮湿和水底等恶劣环境下也能开展检测工作!具有结构简单"灵敏度高"频率响应特性好以及测试电路简单等优点!特别适用于钢铁焊缝的疲劳裂纹

和焊接时产生的表面应力裂纹#$!%&’本文介绍了一种前端使用涡流传感器检测采集裂纹信号!后端应用

单片机作信号处理!并发出警报信息的涡流探伤系统’

$涡流探伤系统总体设计

图$涡流检测的原理()*’$+,-./0120.3-45-6678-9801:

$’$涡流探伤的基本原理#

;&涡流检测是建立在电磁感应基础上的!它利用交变磁场作用下

被测工件表面产生不同的涡流分布"大小来反映工件的材料"物理

性能和缺陷的差异’如图$所示!给一个线圈通入交流电<$

时!线圈的周围将产生交变的磁场=$

’如果把线圈靠近被试工件!像船在水中那样!工件内会感应出涡流<%

!而且由于集肤效应>?集肤效应@就是当高频电流通过导体时!电流将集中在导体表面流通的现

象A !涡流集中在金属板的表面B 涡流<%又会产生交变的磁场=%

反作用于=$

!使线圈电流发生变化’由于涡流的分布"大小随工件内缺陷的有无而不同!所以线圈电流的变化能反映工件表面是否存在

缺陷’

$’%系统总体结构设计

裂纹探伤系统总体结构如图%所示’图%裂纹检测系统总体设计框图

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由单片机产生周期性的触发脉冲!通过H I 振荡电路!在激励线圈中产生正弦激励信号’检测线圈输出的电压信号通过信号检出电路提取出对裂纹缺陷比较敏感的部分!再经过放大"J K C 转换送入单片机进行处理"判断!由单片机驱动声"光报警!并显示裂纹缺陷的相对大小’

%硬件设计#

L &%’$传感器的设计#

M &传感器设计是整个系统开发过程中最重要的环节!传感器的性能对测量电路的设计以及测试的精度和可靠性有着重要的影响’该系统采用了如图;所示的传感器结构!采用此结构能够很好地降低提离效应!提高测试的精度!并且能反映裂纹的相对深度’所谓?提离效应@!是传感器与试件之间因距离变化而引起检测线圈阻抗变化的现象!当传感器在工

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