涡流检测电路的设计【开题报告】

开题报告

电子信息工程

涡流检测电路的设计

一、

二、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

作为新兴检测技术的一种，电涡流检测是以电磁感应原理为基础，其基本理论是通过对处于探头线圈形成的电磁场中的被测体（必须为金属导体）及其周围空间区域列出麦克斯韦方程及边界条件，然后进行求解，以确定探头线圈的阻抗特性（或感应电压）的变化与被测体各影响因素之间的关系。电涡流检测是近年来发展快速的一项无损检测技术，它同磁粉检测、射线检测、超声波检测、渗透检测一起和称为五大无损检测技术。同其他无损检测技术相比，电涡流检测技术具有非接触、无污染、操作方便等特点，因此受到无损检测工作者的青睐。

1.涡流检测技术的国内外现状

早在19世纪初期，法国科学家傅科就在实验中发现了涡流现象。休斯，在1879年，首先利用涡流检测对不同金属和合金进行了判断。但是由于各种试验参数对涡流检测的影响，该技术发展缓慢。真正在理论和实践上完善涡流检测技术的是德国的福斯特博士，他提出的以阻抗分析法来抑制涡流检测仪中的干扰因素，为涡流检测机理的分析和设备提供了理论依据。在我国，涡流检测技术的应用与研究可追朔到60年代，但是涡流检测技术在国内得到推广应用的第一个高潮却是在70年代末和80年代初。同时许多有价值的研究论文，如“涡流检测的有限元模型和表面涡流探头的有限元分析”和“不锈钢管表面缺损涡流检测信号的仿真计算”等也被发表出来。目前，我国在该领域的研究已接近发达国家水平，推动了我国涡流检测理论的发展。电涡流检测的主要技术如下：（1）脉冲涡流检测技术

70年代中后期，脉冲涡流检测技术(Pulsed Eddy Current)在世界范围内得到广泛地研究。脉冲涡流检测技术最早是20世纪50年代由密苏里大学的DonaldWaidelich研究，脉冲涡流地激励电流为一个脉冲，通常为具有一定占空比地方波，施加在探头尚的激励方波会感应出脉冲涡流在被测体中的传播。根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一股快速衰减的磁场，随着感生磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。由于脉冲包含很宽的频谱，感应的电压信号中就包含重要的深度信息。

（2）多频涡流检测技术

多频涡流技术是Libby（美）于l970年首先提出的。该方法采用几个频率同时工作，能成功地抑制多个干扰因素，提取有用信号。70年代后期国外就已成功应用这项技术进行核电站蒸汽发生器管道的在役检查。

80年代初，我国引进了多频涡流检测设备，并开展了自行设计研制工作。MFE-1型三频涡流仪是我国（上海材料所）研制的首台多频涡流设备，仪器采用三个不同的工作频率作差分测量，有三个混合单元作模拟运算，能有效地抑制蒸发汽管上支撑板的信号及凹痕信号，并用阻抗图显示多通道测量结果。90年代以来，国内先后研制出多种类型的多频涡流仪。如EEC-36、EEC-38、EEC-39（爱德森公司）等。我国多频涡流检测技术的研究与应用已基本达到国际同类水平。

（3）远场涡流检测技术

远场涡流技术是一种能穿过金属管壁的低频涡流检测技术，当用一个激励探头线圈和一个距激励探头线圈约二倍管内径的较小的测量探头线圈同时放入被检管内时，测量探头线圈能有效地接收穿过管壁后返回管内的磁场，从而检测管子内壁缺陷与腐蚀。

我国对远场涡流检测技术的研究始于80年末，南京航空航天大学提出的用“扩散能量法”来阐述远场涡流现象的概念已受到国内外的普遍重视和认同。并在有限元数值仿真、远场涡流探头性能指标分析及检测系统的研制等方面都取得了重要的研究成果，为推广这一先进技术起了先导作用。90年代初期，我国开始推出了商品化的远场涡流仪器，其中ET-556H多频远场涡流仪（厦门电大工业检测所）和EEC-39RFT四频远场涡流仪（爱德森公司）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。

2.电涡流检测技术的发展方向

随着现代工业和科学技术的发展，涡流检测技术也必将有很大发展，今后的发展方向为如下几方面：

（1）传感器的理论研究尚不充分。传感器能适应检测对象对磁场、涡流分布的要求，因此对传感器结构的性质研究，将是传感器从经验设计走向定量设计的关键。

（2）大力研究和发展成像技术。涡流检测技术对缺陷状态的三维评价是产品质量不断提高的必然要求。因此涡流检测三维成像技术是今后要求的发展方向。

（3）远场涡流技术给人们提出了另一个新的理论问题，即间接耦合磁场和扩散波的波动特性统一问题及常规涡流与远场涡流理论统一的问题。

（4）涡流检测对金属材料表面电磁性能非常敏感，通过对金属材料表面涡流效应与材料表面性能间关系的研究分析，可实现金属材料表面质量的评价。因此，应用涡流检测技术进行金属材料疲劳裂纹扩展、开裂、金属加工中的磨削烧伤及残余应力的研究将更多地引起人们的关注，并可望得

到突破性的进展。

（5）高度智能化表现在具有良好的用户友好界面，它能开机后自检，用菜单选择仪器测试参数，可调用或可存储仪器设定参数以及与主计算机进行通讯和数据传输。

（6）数据库及自动识别功能。未来的检测仪器的一个很重要的进步是具有对被测对象缺陷进行自动识别以及对被检对象的状态进行自动评价的功能。这种仪器需要有比较完备的数据库和专家评价系统。

（7）涡流检测信号对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非常敏感，因此可对加工过程及使用状态进行动态检测。预测材料质量、预报材料寿命以及实现过程控制的研究己引起了人们的兴趣，并可望得到突破性的进展。

3.论文的研究意义

目前电涡流传感器大都采用电桥法、正反馈法和谐振法等调制方式。这些调制方式简单，只是简单提取信号的幅值或相位，无法满足复杂检测的需要，同时测量电路对被测体电磁特性具有强烈的依赖性，严重限制了传感器的使用范围。

对如何消除涡流检测中被测体电磁特性影响研究很少。涡流检测中被测体的电磁特性对传感器输出产生很大影响，而且随着涡流检测技术在工程应用中的日益广泛，这一问题也日益突出。

据资料显示，对于不同的常见金属材料，其输出灵敏度的变化可达45%；对于同种材料，由于生产商或批号的不同，也可达到5%~10%的输出灵敏度变化。涡流检测在工程实际中当被测对象的材料特性变化时，传感器就要重新标定；当被测对象的电磁特性在测试过程中随机变化时，传感器就无法正常使用。从需求的角度，需要一种采用普通材料进行调试和校准即可广泛使用的电涡流传感器问世。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

1.电涡流传感器新型测量电路设计

在已提出的消除电涡流传感器对被测材料敏感的理论基础上，为传感器设计新的测量电路原理。新的测量电路实现了从电路中提取探头线圈的阻抗实部和虚部两个信号来产生输出电压，从而达到消除被测材料影响的目的。

2.电涡流传感器新型电路的仿真与优化

对所设计好的新型电路各模块，通过Multisim仿真软件，检查各模块电路所实现的功能。并在此基础上，对部分电路中的结构和参数进行了优化。最终达到了较为理想的效果。

三、研究步骤、方法及措施：

1.收集资料了解主要理论原理和技术。