脉冲涡流检测技术研究及其应用的

脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.2 脉冲涡流传感器的设计与制作 针对普通的脉冲涡流传感器在腐蚀检测中出现的 信号变化复杂、特征量难以提取的问题， 信号变化复杂、特征量难以提取的问题，研究人员还 设计、 设计、制作了一种新型斜角式阵列传感器[5]。 这种传感器的激励线圈为矩形， 这种传感器的激励线圈为矩形 ， 检测线圈阵列是 由多个直径很小的圆柱形线圈组成， 由多个直径很小的圆柱形线圈组成， 并排位于激励线 圈底部的中线上。直角式阵列探头的检测线圈与激励 圈底部的中线上。 线圈的底面相互垂直，与之不同， 线圈的底面相互垂直，与之不同，斜角式阵列探头的 检测线圈与激励线圈的底面之间形成一个小的夹角。 检测线圈与激励线圈的底面之间形成一个小的夹角。 试验发现， 试验发现 ，这种结构的改变时的感应信号的波形发生 了根本性变化， 了根本性变化，脉冲涡流信号的各项特征值的提取变 得非常简单。 得非常简单。
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3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.1 脉冲涡流特征的研究
冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.1 脉冲涡流特征的研究 表2 不同重复频率的特征值[1]
频率/kHz 频率 0.003 3 30 300 3000 峰值/mV 峰值 36.6 38.7 45.3 34.52 103 周期/μs 周期 μs 5.3 0.005 0.001 0.00002 0.000001 F1/Hz 0.1 193 938 4890 46875 F2/Hz 0.47 325 1875 16992 137695
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2 脉冲涡流检测的基本原理
图3 脉冲涡流时域信号在不同频段的功率谱曲线
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3 脉冲涡流检测技术研究的近况 3.1 脉冲涡流特征的研究 3.2 脉冲涡流传感器的设计与制作 3.3 脉冲涡流检测参数的优化
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4 脉冲涡流检测技术应用的进展
（1）金属表面、近表面裂纹缺陷的模拟检测 ）金属表面、
针对表面和次表面两类裂纹缺陷， 针对表面和次表面两类裂纹缺陷，在8mm厚的铜 厚的铜 合金和铝合金板上分别加工制作了宽度为2mm，深度 合金和铝合金板上分别加工制作了宽度为 ， 人工缺陷。 为2mm、4 mm和6 mm人工缺陷。试验结果表明：对 、 和 人工缺陷 试验结果表明： 于表面下裂纹，随着缺陷深度的增大， 于表面下裂纹，随着缺陷深度的增大，感应磁场最大 值出现的时间就会越长；但是，对于表面裂纹， 值出现的时间就会越长；但是，对于表面裂纹，不同 深度裂纹的感应磁场最大值出现的时间几乎相同。 深度裂纹的感应磁场最大值出现的时间几乎相同。 这说明脉冲涡流更适用于表面下深层裂纹的定量 检测。在实际应用中，可根据不同深度人工缺陷的响 检测。在实际应用中，可根据不同深度人工缺陷的响 应数据绘制出深度与感应磁场最大值出现时间的对应 曲线， 曲线，实际检测中测出缺陷响应信号最大值出现的时 间后，对应到参考曲线上就可以确定缺陷的深度。 间后，对应到参考曲线上就可以确定缺陷的深度。
3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.1 脉冲涡流特征的研究
在同一材料的圆柱形金属导体直径方向不同位置上预制了相同尺寸的人工 缺陷，利用磁场测量装置测量并记录了个人工缺陷响应信号的特征值，如表1所 列数据。 表1 脉冲涡流对于不同位置缺陷响应的时域和频域特征值[1]
位置/mm 位置 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 峰值 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μs 周期 μs 1.54 1.54 1.48 1.49 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3024 3005 3011 3022 3008 位置/mm 位置 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 峰值 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μs 周期 μs 1.58 1.54 1.49 1.54 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3028 3019 2999 3021 3015
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1 前言 宽带脉冲信号可按傅立叶级数变换理论 分解为无限多低、 高频的正弦波之和； 分解为无限多低、中、高频的正弦波之和； 以重复的宽带脉冲（如方波） 以重复的宽带脉冲（如方波）代替正弦 交变信号进行激励和检测的脉冲涡流响应信号 中包含有被检测对象被检测对象表面、 中包含有被检测对象被检测对象表面、近表面 和表层一定深度范围内的质量信息， 和表层一定深度范围内的质量信息，较好地解 决了常规涡流所不能兼顾的检测灵敏度和检测 深度的矛盾； 深度的矛盾； 近年来成为国内外涡流检测技术与应用 研究中最受关注的热点领域之一。 研究中最受关注的热点领域之一。
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3.2 脉冲涡流传感器的设计与制作
常规涡流线圈通常由激励线圈和检测线圈 组成，一般均采用线径很细的铜漆包线绕制。 组成，一般均采用线径很细的铜漆包线绕制。 脉冲涡流检测中， 脉冲涡流检测中，除了采用上述传统方 式设计、制作激励线圈和检测线圈外， 式设计、制作激励线圈和检测线圈外，还较多 地采用以铜线绕制激励线圈， 地采用以铜线绕制激励线圈，用霍尔片制作探 测元件。 测元件。
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3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.3 脉冲涡流检测参数的优化 脉冲涡流检测参数的优化主要包括脉冲重复频率、 脉冲涡流检测参数的优化主要包括脉冲重复频率、脉冲方波占 脉冲重复频率 空比等条件的选择 等条件的选择。 空比等条件的选择。
y=e
− πfµσ x
b y =a− x
到目前为止， 到目前为止，国内尚没有商品化的脉冲涡 流检测仪， 流检测仪，本节所述的脉冲涡流检测技术的应 用研究进展， 用研究进展，主要是指相关研究人员利用自行 设计、制作的简单脉冲涡流仪和传感器，针对 设计、制作的简单脉冲涡流仪和传感器， 模拟一些实际需求中的问题在实验室以带有人 工缺陷的试样为对象， 工缺陷的试样为对象，开展脉冲涡流检测应用 研究的情况。此外， 研究的情况。此外，对利用进口的脉冲涡流仪 在不去除隔热层和保护层条件下检测输油管线 和蒸汽管道的实际应用情况作简要说明。 和蒸汽管道的实际应用情况作简要说明。
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2 脉冲涡流检测的基本原理 脉冲涡流通常是以一定占空比的方波作 为激励信号施加于初级线圈， 为激励信号施加于初级线圈，当载有方波电信 号的初级线圈接近导电材料或试件时， 号的初级线圈接近导电材料或试件时，在导体 中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。 中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。瞬时涡流 的大小、衰减状况与导体的电磁特性、 的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形 状及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器） 状及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器） 接收到的涡流再生磁场包含有被检测对象导电 磁导率及形状尺寸的相关信息， 率、磁导率及形状尺寸的相关信息，据此可实 现脉冲涡流的检测与评价。 现脉冲涡流的检测与评价。
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3 脉冲涡流检测技术研究的近况
3.3 脉冲涡流检测参数的优化 脉冲涡流检测参数的优化主要包括脉冲重复频率、脉冲方波占空比等条件的选 脉冲涡流检测参数的优化主要包括脉冲重复频率、脉冲方波占空比等条件的选 脉冲重复频率 择。
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4 脉冲涡流检测技术应用的进展
p
其中，Vp为理想点线圈的感应电压，其 表达式为：
Vp = − ∂ ∂ ∂A B ⋅ ds = − ∫∫ (∇ × A ) ⋅ ds = − ∫ ⋅ dl......................(2) ∫∫ ∂t ∂t ∂t l
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2 脉冲涡流检测的基本原理
图2 脉冲涡流典型时域波形及特征参数
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2 脉冲涡流检测的基本原理
图1 脉冲涡流的产生及检测信号的拾取过程
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2 脉冲涡流检测的基本原理
检测信号，即瞬态感应电压Vf的大小 可根据法拉第电磁感应定律计算得出：
Vf
∫∫V (r,z,t)drdz.....................................................(1) = ∫∫drdz
脉冲涡流检测技术研究 及其应用的新进展
徐可北
主要内容
1 前言 2 脉冲涡流检测的基本原理 3 脉冲涡流检测技术研究的近况 4 脉冲涡流检测技术应用的进展 5 结束语
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展 1 前言 涡流检测的有效性和可达性密切依赖于激励信号 的频率。 的频率。 一般地，频率越高， 一般地，频率越高，则涡流趋于被检测对象的表 面分布，对于表面微小缺陷的检出能力越高， 面分布，对于表面微小缺陷的检出能力越高，但由于 随着透入深度的增大而高频涡流急剧衰减， 随着透入深度的增大而高频涡流急剧衰减，因此对于 表面下具有一定深度的近表面缺陷则难以产生有效的 响应；相反，频率越低， 响应；相反，频率越低，则涡流在被检测对象表面下 的透入深度增大， 的透入深度增大，可对试件近表面一定深度范围内的 缺陷产生响应， 缺陷产生响应，但对于表面缺陷的检测灵敏度随激励 信号频率的降低而明显下降。 信号频率的降低而明显下降。 以降低检测灵敏度来提高涡流检测深度， 以降低检测灵敏度来提高涡流检测深度，或以减 小涡流透入深度来提高检测灵敏度， 小涡流透入深度来提高检测灵敏度，长期以来一直是 常规涡流检测应用中在二者之间权衡取舍的焦点。 常规涡流检测应用中在二者之间权衡取舍的焦点。