涡流检测理论
涡流检测培训资料
100
电阻率愈小，电导率愈大，材料的导电性愈好
电阻率、电导率与材料导电性能的关系 影响金属导电性能的主要因素 温度：温度越高，电阻率越大，电导率越小。
杂质：杂质越高，电阻率越大，电导率越小。 应力：在弹性范围内，应力能提高金属的电阻率，降
低电导率。 形变：形变使晶体的点阵发生畸变，使电阻增加，电导率
磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
标准样品(reference standard)
仪器校准或仪器标定时使用的、与技术标准要求相对应的实 际参照对比物，两类：标准试块和对比试块。
标准试块(standard test block) 校准试块(calibration block)
按相关标准的技术条件制作，并经被认可的技术机构认证的， 用于评价检测系统性能的试样。
e 穿过式线圈的填充系数 填充系数η
对磁导率μr远大于1
磁化(技术磁化)
M
铁磁性材料的磁化过程 磁化强度:M A/m
Ms c
b
磁化（技术磁化）曲线
a
磁场强度H A/m
0
磁化率χ
磁感应强度B（磁通密度） T
磁导率μ
真空磁导率， 是相对磁导率
0
r
B H 0r H
B
s
s
c
b
a
0
H
H
0r
r 1 0 4 107
(standard depth of penetration) 。涡流密度降至表面约37%时的 透入深度。
1/ e
Ix I0e fx
趋肤效应 标准透入深度 频率 电导率 磁导率
1 f
m Hz H/m S/m
0 4 10-7 H/m
脉冲涡流检测
脉冲涡流检测的理论
按照公式 = ρt2，通过监测一个涡流脉冲在材料 壁厚内的衰减（是时间，是磁导率，ρ是电导 率，t是材料厚度）可以测定给水加热器外壳的剩 余平均壁厚。需作校正试验来求得ρ乘积。PEC 软件将特征信号的传播的回波时间和相应的校正 试验的结果进行比较来计算预计的厚度。
脉冲涡流检测系统
脉冲涡流检测的理论
• 一个正圆柱形空心线圈放置在金属层上， 使用阶跃电压信号激励线圈，线圈中得到 感应电流，该感应电流减去无金属层时线 圈中的感应电流，得到感应电流的变化值。 通过感应电流变化值分析金属不同厚度和 金属与线圈之间不同距离的变化趋势。论
• 另一种穿过保温层测量壁厚的方法是脉冲涡流技术PEC。这一系统通 过一个脉冲磁场在给水加热器外壳产生涡流。每当磁场变化时，按照 楞茨定理在和磁场相反的方向产生涡流。脉冲发生器通过发送线圈将 脉冲磁场送出。涡流产生后就由壳体的外表面向内表面传播。在传播 过程中涡流就产生一个磁场，这个磁场由传感器的接收线圈所接受。 当一条磁力线穿过线圈时就感应生成电压。接受线圈接到这个电压后 就将其送到系统的硬件中进行信号放大。然后系统将测试的涡流到达 的时间和来自校正样品的信号的到达时间进行比较，然后计算壁厚。 保温层厚度或保护网对壁厚的测量影响不大。 • 按照公式 = ρt2，通过监测一个涡流脉冲在材料壁厚内的衰减（是 时间，是磁导率，ρ是电导率，t是材料厚度）可以测定给水加热器 外壳的剩余平均壁厚。需作校正试验来求得ρ乘积。PEC软件将特征 信号的传播的回波时间和相应的校正试验的结果进行比较来计算预计 的厚度。
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，当载有方波电信号的初 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。瞬时涡流的大小、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）接收到的涡流 再生磁场包含有被检测对象导电率、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。
15-涡流检测原理解析
涡流检测可以广泛用于各种金属材料工件和少 数非金属材料工件。
与其它无损检测方法相比，涡流检测的主要优、 缺点如下: 优点:
A) 对导电材料的表面或近表面的检测，具有良 好的灵敏度
上述四个因素都可通过涡流检测原理采进行 解释，它们的影响程度也能计算出来。
由于在铁磁性材料中透入深度低，因此，通 常采用较低的频率。
即使在检测工件 表面裂纹时采用较 高频率，但与检测 非磁性材料表面裂 纹时采用频率相比 仍然是相当低的。
在涡流检测时，若通以交变电流的线圈中没有 试样，则可以得到空载阻抗Z0=R0+jωL0，若在 线圈中放入试样，线圈阻抗将变为Z1=R1+jωL1
随着材料和工件性质的不同，对检测线圈的影 响也不一样，因而，工件性质的变化可以用检测 线圈阻抗特性的变化来描述。
由于引起检测线圈阻抗发生变化的直接原因是 线圈中磁场的变化，检测时需要分析和计算工件 被放入检测线圈后磁场的变化，然后得出检测线 圈阻抗的变化，才能对各种因素进行分析。
然而，正是由于对多种试验参数有敏感反应， 也就会给试验结果带来干扰信息，影响检测的正 确进行。
对涡流产生影响的因素有电导率、磁导率、 缺陷、工件形状与尺寸及线圈与工件之间距离等。
因此，涡流检测可以对材料和工件进行电导率 测定、探伤、厚度测量以及尺寸和形状检查等。
表中列举了涡流检测的几种用途
涡流法还可对高温状态下的导电材料进行涡流 检测，如热丝、热线、热管、热板等。
从上式可知，频率、电导率和磁导率愈大，透 入深度也就愈小。
几种典型材料的透入深度如图6-1，显示导电材 料的透入深度与检测频率的关系
涡流检测远场涡流课件.
涡流检测远场涡流课件.一、教学内容本节课我们将深入学习教材第九章“远场涡流检测技术”的内容。
具体包括远场涡流的产生机理、检测原理、信号处理方法及其在工业无损检测中的应用。
重点分析远场涡流信号的时域和频域特性，探讨不同材料缺陷的识别方法。
二、教学目标1. 理解远场涡流的产生原理及其在无损检测中的应用。
2. 学会分析远场涡流信号的时域和频域特性，并能用于缺陷识别。
3. 掌握远场涡流检测设备的基本操作方法。
三、教学难点与重点教学难点：远场涡流信号的处理与分析方法。
教学重点：远场涡流的产生原理及其在缺陷识别中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：涡流检测仪、缺陷试块、演示软件。
2. 学具：笔记本、教材、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入（10分钟）展示涡流检测仪和缺陷试块，简要介绍其在工业无损检测中的应用。
2. 理论讲解（30分钟）讲解远场涡流的产生机理和检测原理。
分析远场涡流信号的时域和频域特性。
3. 例题讲解（20分钟）通过具体案例，演示如何利用远场涡流信号进行缺陷识别。
4. 随堂练习（15分钟）学生分组操作涡流检测仪，采集缺陷试块的信号。
分析信号，尝试识别缺陷。
5. 课堂讨论（15分钟）学生展示分析结果，讨论识别缺陷的技巧和注意事项。
六、板书设计1. 远场涡流的产生机理和检测原理。
2. 远场涡流信号的时域和频域特性。
3. 缺陷识别方法及步骤。
七、作业设计1. 作业题目：请简述远场涡流的产生原理。
利用远场涡流信号进行缺陷识别的方法有哪些？结合教材，分析涡流检测技术在工业无损检测中的应用案例。
2. 答案：远场涡流的产生原理：略。
缺陷识别方法：略。
应用案例：略。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课学生对远场涡流检测技术有了初步了解，但对信号处理方法还需加强练习。
2. 拓展延伸：鼓励学生查阅相关文献，了解远场涡流检测技术在其他领域的应用，如航空航天、汽车制造等。
重点和难点解析1. 远场涡流信号的处理与分析方法。
涡流检测
感应电流的方向-楞次定律
(闭合回路内的感应电流所产生的磁场总是阻 碍引起感生电流的磁通变化) 右手定则，右手螺旋关系 影像资料-电磁感应现象
法拉第电磁感应定律
dΦ Ei dt
dΦ d( NΦ) Ei N dt dt
Ei Bl sin
4.1 缺陷检测
涡流探伤过程中需要注意的事项： a 检测频率的选择 b 电导率、磁导率的影响 c 边缘效应 d 提离效应 e 填充系数
a 检测频率的选择 检测频率：在涡流检测中，加到激励线圈的交 流电的频率。 选择原则：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 目的所决定的。
标准样品(reference standard) 仪器校准或仪器标定时使用的、与技术标准要求 相对应的实际参照对比物，两类：标准试块和 对比试块。 标准试块(standard test block) 校准试块(calibration block) 按相关标准的技术条件制作，并经被认可的技术 机构认证的，用于评价检测系统性能的试样。
1）磁饱和装置 磁饱和的概念—对铁磁性材料而言，当磁场强 度继续增大时磁感应强度不再有明显的增大的 磁化状态。 磁饱和装置的作用：消除磁导率不均造成的干 扰。 2) 直流磁饱和：当增量磁导率等于1时受到交流 磁场变化的铁磁性材料的状态。 交流磁饱和：在每半个磁化周期内，受到交变磁 场作用的铁磁性材料，增量磁导率等于1的状 态。 （增量磁通密度/增量磁场强度） 磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
Im
是初相位（rad）， t 是时间（s）
1 f T
i I m cost 是电流的幅值， 是角频率（rad/s），
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
2024年《涡流检测技术》课件
2024年《涡流检测技术》课件一、教学内容本节课我们将学习《涡流检测技术》教材第四章“涡流检测的物理基础”部分，详细内容涉及涡流的产生机理、涡流检测的传感器设计原理以及涡流检测技术在工业中的应用。
二、教学目标1. 让学生理解涡流的产生机理，掌握涡流检测的基本原理。
2. 使学生了解涡流检测传感器的设计原理，并能进行简单的传感器选型。
3. 培养学生运用涡流检测技术解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点教学难点：涡流检测传感器的设计原理及其在实际应用中的选型。
教学重点：涡流的产生机理、涡流检测技术的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：涡流检测实验设备一套，涡流检测传感器若干。
2. 学具：教材，《涡流检测技术》第四章内容，笔记本，文具。
五、教学过程1. 实践情景引入（10分钟）：通过展示涡流检测技术在工业中的应用案例，激发学生学习兴趣。
2. 理论讲解（20分钟）：讲解涡流的产生机理，涡流检测的物理基础。
3. 例题讲解（20分钟）：讲解涡流检测传感器设计原理，进行传感器选型分析。
4. 随堂练习（15分钟）：让学生针对实际问题，设计涡流检测方案。
5. 课堂讨论（15分钟）：讨论学生在设计过程中遇到的问题，共同解决问题。
六、板书设计1. 涡流的产生机理2. 涡流检测的物理基础3. 涡流检测传感器设计原理4. 涡流检测技术在实际应用中的选型七、作业设计1. 作业题目：设计一个涡流检测方案，用于检测某金属部件的裂纹。
2. 答案要点：涡流传感器选型，检测方案步骤，预期检测结果。
八、课后反思及拓展延伸本节课学生掌握了涡流检测的基本原理和传感器设计原理，但实际操作能力有待提高。
课后可布置相关实践作业，让学生进一步巩固所学知识。
拓展延伸部分，可引导学生了解其他无损检测技术，如超声波检测、射线检测等，以便于学生形成完整的知识体系。
重点和难点解析1. 涡流检测传感器设计原理及其在实际应用中的选型。
2. 涡流检测技术在工业中的应用案例分析。
涡流检测方案范文
涡流检测方案范文涡流检测是一种非接触式的无损检测技术，主要用于检测金属材料中的缺陷或特定的材质性质。
它的原理是通过交流电磁场在金属材料中感应涡流，进而检测材料中的缺陷或其他参数。
仪器设备：涡流检测的仪器设备包括探头和检测仪器。
探头是用于产生涡流和接收反馈信号的设备，通常包括电磁线圈和磁芯。
检测仪器主要用于控制和分析探头的信号，常见的有涡流检测仪、信号处理器和数据记录仪等。
检测方法：涡流检测主要有单频和多频两种方法。
单频涡流检测使用恒定频率的交流电磁场，通常适用于简单结构的材料，如金属板或管道等。
多频涡流检测则是通过改变频率来检测不同深度或尺寸的缺陷，适用于复杂结构的材料。
数据分析：涡流检测的数据分析是非常重要的一步，可以通过对检测信号进行处理和分析，确定材料中的缺陷位置和尺寸。
常用的数据分析方法有图像处理、频谱分析和统计分析等。
图像处理可以将检测信号可视化，便于人工分析；频谱分析可以提取信号频率分布信息，辅助缺陷识别；统计分析则用于对多组数据进行比较和判断。
涡流检测方案的应用领域广泛，包括航空航天、汽车制造、电力设备、轨道交通等。
在航空航天领域，涡流检测可以用来检测飞机发动机叶片、涡轮盘和航空材料的缺陷；在汽车制造领域，涡流检测可以检测发动机缸体、传动轴和车身钢板的缺陷；在电力设备领域，涡流检测可以检测电缆接头、发电机线圈和电力装置的缺陷；在轨道交通领域，涡流检测可以用来检测铁轨、列车车轮和牵引设备的缺陷。
总结来说，涡流检测方案是一种非接触式的无损检测技术，应用广泛且效果可靠。
通过仪器设备的选择、检测方法的确定以及数据分析的处理，可以实现对金属材料中缺陷和性质的准确检测。
涡流检测方案在不同领域的应用带来了显著的经济和安全效益，同时也推动了涡流检测技术的不断创新与发展。
涡流传感器测速原理
涡流传感器测速原理
涡流传感器是一种常用于测量速度的传感器。
其工作原理基于涡流效应，即当导体在磁场中进行相对运动时，会在导体上产生涡流，导致磁场发生变化，进而产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小可以间接得知导体的运动速度。
涡流传感器通常由一个螺旋线圈和一个由导电材料制成的运动目标组成。
当运动目标靠近螺旋线圈时，磁场会穿透运动目标，导致目标表面产生涡流。
涡流产生的电流会在螺旋线圈中产生感应电动势。
根据涡流电流的大小和方向，可以推断出目标的速度。
由于涡流电流与目标速度成正比，可以通过测量感应电动势的幅值来计算目标的速度。
涡流传感器具有高精度和高响应速度的特点，并且不需要与运动目标直接接触。
它广泛应用于汽车制造、航空航天、机械加工等领域的速度测量和控制系统中。
涡流检测基本原理
涡流检测基本原理发布者：：IDEA 发布时间：：2009-10-23 10:50 浏览次数：： 76涡流检测是许多NDT（无损检测）方法之一，它应用“电磁学”基本理论作为导体检测的基础。
涡流的产生源于一种叫做电磁感应的现象。
当将交流电施加到导体，例如铜导线上时，磁场将在导体内和环绕导体的空间内产生磁场。
涡流就是感应产生的电流，它在一个环路中流动。
之所以叫做“涡流”，是因为它与液体或气体环绕障碍物在环路中流动的形式是一样的。
如果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在那个导体中产生，而涡流也会产生自己的磁场，该磁场随着交流电流上升而扩张，随着交流电流减小而消隐。
因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量金属材料的一些性质发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，从而我们就可以通过一起来检测涡流的变化情况，进而可以间接的知道道题内部缺陷的存在及金属性能是否发生了变化。
涡流作为一种NDT工具的一大优点是它能够做多种多样的检查和测量。
在适当的环境下，涡流可以用于：1、裂缝、缺陷检查2、材料厚度测量3、涂层厚度测量4、材料的传导性测量涡流检测的优越性主要包括：1、对小裂纹和其它缺陷的敏感性2、检测表面和近表面缺陷速度快，灵敏度高3、检验结果是即时性的4、设备接口性好5、仅需要作很少的准备工作6、测试探头不需要接触被测物7、可检查形状尺寸复杂的导体无损检测－声脉冲发布者：：IDEA 发布时间：：2009-11-20 09:48 浏览次数：： 191．什么叫声脉冲？由一串声波所形成的脉冲。
2．简述声脉冲检测的原理。
当一串声波沿管子传播时，如果遇到管子存在开口、孔洞、鼓胀、凹陷、裂缝、内部腐蚀和沉积等，就会有反射波返回发射端，由于声波的传播速度是固定的，通过计算机系统的处理，便可以准确地得到管子发生异常的具体位置。
3．简述声脉冲检测的应用范围。
声脉冲快速检漏仪适用于有色金属、黑色金属和非金属管道的快速检漏。
如电站高、低加，冷凝器管，锅炉四管；化工厂的热交换管；酒楼大厦中央空调器管的在役检漏等，4．声脉冲检测的特性是什么？①在役管道高速检漏，可达每小时500～1000根管子；②管子材质不限，铁磁非铁磁性或非金属管均宜；③直管、弯管、缠绕管均宜；④可快速发现存在于管子上的穿透性缺陷等；⑤实时记录检测波形，便于下次检测时回放比较。
脉冲涡流监测原理
脉冲涡流检测技术主要用于检测亚表面及多层金属结构缺陷。
脉冲激励与金属结构缺陷之间发生相互作用, 在探头中引起的瞬态响应信号包含大量的缺陷信息, 使之具有快速定量检测缺陷的潜力, 但对响应信号的解释还是具有一定的难度。
传统的电涡流检测( ECT)采用感应线圈探头及单一正弦波或多个离散频率连续谐波作为激励。
这样的检测的激励信号只能是一定频率的正弦交流信号。
随着检测频率的增加，检测性能增加，但是仅限于表面检测，渗透深度不明显。
频率减小，渗透深度增加，检测性能，检测的灵敏度又减小。
众所周知，由于宽带脉冲信号可按傅里叶级数变换理论分解为各种频率的正弦波，所以能弥补这一检测缺陷。
入射磁场与工件中瞬态涡电流产生的“反射磁场”形成的合成磁场能被线圈检测到。
如果工件中有缺陷, 则线圈检测到的瞬态磁场就会发生变化, 可以据此来评价金属结构的厚度、缺陷位置和尺寸。
主要通过电导率和磁导率来反应缺陷。
1空气范围没必要取那么大，因为线圈相对较小，空气太大计算量大，具体取多大合适需要试，2和3 可以按我论文取 4 对，因为探头下方是主要的涡流感应区，画密一些有必要。
5 扶正机构就是检测过程代替人工扶持探头的。
四种检测铜材有无损坏的方法
本文摘自再生资源回收-变宝网（）四种检测铜材有无损坏的方法
铜材无损检测常用的方法有超声、涡流、射线和渗透等四种。
1、超声检测
超声检测是利用超声波能在弹性介质中传播，在界面上产生反射、折射等特性来探测材料内部及表面缺陷的无损检测方法。
2、涡流检测
涡流检测是以电磁感应理论为基础的。
当载有高频交变电流的线圈接近导电材料表面时，在材料表面感应出涡流，涡流又产生自己的磁场与线圈激励的磁场相互作用。
当工作表面存在缺陷时，涡流磁场就发生变化，从而引起检测线圈磁场的变化。
据此判断材料表面及近表面有无缺陷。
3、射线检测
利用某些射线（如X、γ射线）穿透工件时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收与散射作用不同，采用适当的检测器（主要用射线胶片）来拾取透射射线强度分布图像，据此来判断材料内部有无缺陷的无损检测方法。
4、渗透检测
渗透检测是利用液体的毛细作用原理，试加在被检材料表面的渗透剂，能渗入到各种类型开口于表面的细小缺陷中，清除附着在材料表面上多余的渗透剂，经干燥和施加显像剂后，用目视管材缺陷的显示痕迹的无损检测方法。
本文摘自变宝网-废金属_废塑料_废纸_废品回收_再生资源B2B交易平台网站；变宝网官网：/tags.html?qx
买卖废品废料，再生料就上变宝网，什么废料都有！。
涡流检测
金属的电磁特性
当电流在大块导体中流动时，导体不同 部位上的电流大小可能不一样，形成一定的 电流分布。这时引入电流密度的概念描述电 流强弱的分布情况。电流密度J是通过某点单 位垂直截面的电流强度。
电流密度的单位是安培/米2（A/m2）
金属的电磁特性
电流在导体中流动时，由于与晶体点阵的碰撞，自 由电子流动的速度受到限制，金属导体阻碍电荷在其体 内流动的作用用电阻来描述。 导体电阻的大小与导体的材料和几何形状有关。实 验表明，横截面为S、长度为l的一段导体的电阻等于 式中ρ是一个与导体的材料和几何形状有关的物理 量，称为材料的电阻率，数值上等于用这种材料制成长、 宽、厚各为单位长度的立方体的电阻。电阻率的倒数 σ=1/ρ称为电导率。电阻率的单位为欧姆· 米（Ω· m）， 电导率的单位为1/欧姆· 米（1/Ω· m）.
NDT
涡流检测的发展简史
金属材料的涡流检测
1824年，加贝就发现了铜板对摆动着的磁铁有阻尼现象，提 出了涡流存在的实验。 1831年，法拉弟发现了电磁感应现象，存在实验的基础上提 出了电磁感应定律。 麦克斯韦继承和发展了法拉弟的思想，于1973年将法拉弟的 概念用完整的数学方程式表示出来，建立了系统严密的电磁场理 论。 1879年，休斯首先将涡流检测应用于实际----判断不同的金属 合金。 1926年，涡流测厚仪问世。但真正在理论和实践上完善涡流 检测技术的事德国的福斯特博士。1950年，福斯特创办了福斯特 研究所。他的涡流检测技术与设备推动了全世界涡流检测技术的 发展。（使用各种类型的涡流检测线圈和水银模型）
NDT
金属材料的涡流检测
涡流检测的物理基础
NDT
1 3 4 5
金属材料的涡流检测
涡流的电磁特性
涡流的原理及应用
涡流的原理及应用●涡流的定义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整块金属导体内会产生感应电动势，由于导体自身存在电阻，在导体内部便会产生电流，这种电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。
由于金属导体本身存在电阻，所以涡流在导体中将产生热量，所消耗的能量来源于使导体运动的机械功，或者建立在磁场变化的能量，因涡流而导致的能量损耗称为涡流损耗。
涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。
●涡流的好处与害处一般情况下，在实际应用过程中，都要避免涡流带来的能量损耗，比如电动机，变压器的线圈绕在铁芯上，当线圈中通过交变电流时，在铁芯中将产生涡流，涡流会使铁芯发热，不但消耗了能量，还有可能损毁电动机，因此应该想办法减小涡流，常见的措施有：增大铁芯材料的电阻率，常用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物硅钢片，并且用许多硅钢片叠合而成，整块金属的电阻很小，涡流很强，采用叠钢片可以将涡流限制在狭窄的薄片之内，回路中的电动势较小，回路长度较长，电阻较大，因此涡流较小，因涡流造成的损失也就较小。
当然，也可以利用涡流做成一些感应加热的设备，最常见的就是电磁炉，首先经过转换装置使电流变为高频交流电，将其加在感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场，磁力线通过金属锅底时将产生强大的涡流，由于金属锅底的电阻存在，便会发生电能到磁能再到热能的转换，产生焦耳热，从而达到加热食品的目的。
●涡流的应用——涡流检测涡流在现实生活中的应用是十分广泛的，下面详细介绍涡流检测技术。
利用电磁感应原理，用通过检测被检工件内感生涡流的变化无损的评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的检测方法称为涡流检测。
涡流检测是一种无损检测方法，是通过测量涡流传感器的电阻抗的变化值来实现的。
涡流检测的基本原理为：当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件（相当于次级线圈）时，由电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生改变。
涡流检测原理
涡流检测原理
涡流检测原理是一种用于检测流体流动性的技术，它可以帮助工程师识别流体的粘度、温度、流量等重要参数。
它的工作原理是通过对流体中的涡流进行测量，从而获得流体的流动特性。
涡流检测原理是基于流体动力学理论，主要由涡流仪、测量传感器、控制单元和显示仪组成。
涡流仪是由一个可调节大小的涡流发生器和一个探头组成，可以在流体中产生涡流。
测量传感器可以测量涡流的强度，控制单元负责处理传感器检测到的信号，显示仪负责显示检测结果。
涡流检测原理的应用非常广泛，可以用于测量流体的流量、压力、温度和粘度等参数。
它可以用于液压系统和气体管道系统的检测，还可以用于测量汽车发动机的性能参数，例如压缩比等。
此外，涡流检测原理也可以用于检测风机、泵、发动机等设备的性能，以及热能转换等相关领域。
它可以帮助工程师更好地了解设备的运行状况，以便快速有效地维护和维修设备。
总之，涡流检测原理是一种非常有用的技术，可以用于测量流体的性能参数，也可以用于检测设备的性能，为工程师提供了更好的维护和维修服务。
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
《涡流》 讲义
《涡流》讲义一、什么是涡流在物理学中，涡流是一种非常有趣且重要的现象。
当导体处于变化的磁场中时，或者导体在磁场中运动时，导体内就会产生感应电流。
这种由于电磁感应在导体内部形成的闭合电流，我们就称之为涡流。
为了更直观地理解涡流，我们可以想象一个金属圆盘在磁场中旋转。
随着圆盘的转动，磁场会不断地穿过圆盘的不同部分，从而在圆盘内部产生环形的电流，这就是涡流。
二、涡流的产生条件涡流的产生需要两个关键条件。
首先，必须存在变化的磁场。
这个变化可以是磁场强度的改变、磁场方向的改变，或者是磁场与导体之间相对位置的变化。
其次，要有能够导电的材料。
通常情况下，金属是良好的导体，容易产生涡流现象。
例如，当我们将一块铝板放在不断变化的磁场中时，铝板内部就会迅速产生涡流。
三、涡流的特点涡流具有一些显著的特点。
其一，涡流是闭合的环形电流。
这意味着电流在导体内部形成了一个完整的回路，没有起点和终点。
其二，涡流的大小与磁场变化的速率、导体的电阻、导体的几何形状等因素有关。
磁场变化越快、导体电阻越小、导体的面积越大，涡流通常就会越大。
其三，涡流会产生热量。
这是因为电流在导体中流动时会遇到电阻，从而导致电能转化为热能。
四、涡流的应用涡流在我们的日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
在感应加热方面，利用涡流可以快速、均匀地加热金属物体。
比如，在金属熔炼、热处理等工艺中，通过在金属外部施加变化的磁场，使其内部产生涡流并发热，从而达到加热的目的。
在电磁阻尼方面，涡流可以起到减缓运动的作用。
例如，在电表的指针上，为了使其能够快速稳定地指示读数，常常会利用涡流产生的阻尼效果。
此外，涡流还被应用于无损检测。
通过检测金属材料中涡流的变化，可以发现材料内部的缺陷，如裂缝、空洞等。
五、涡流的危害及应对措施然而，涡流并非只有好处，它也可能带来一些危害。
在变压器和电机等设备中，涡流会导致能量损耗，降低设备的效率，并且使设备发热，可能影响其正常运行和使用寿命。
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d
dt
d
dt
M 21 M12
激励线圈环绕在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场分布；(b)有缺陷时涡流场分布
当交变电流通过导体时，分布在导体横截面上的 电流密度是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠 近截面的中心电流密度则越小。
三、涡流检测特点
优点
检测速度快，易于实现自动化。 表面、亚表面缺陷检出灵敏度高。 能在高温状态下进行检测。 多用途的检测技术。 检验结果可以实时显示和长期保存，并进行分析。
涡流检测原理
当载有交变电流的试验线 圈靠近导体试件时，由于 线圈产生的交变磁场的作 用会在导体中感生出涡流 。涡流的大小、相位及流 动形式受到试件性能及有 无缺陷的影响，而涡流的 反作用磁场又使线圈阻抗 发生变化。利用这种电磁 感应现象来判断材料性能 和缺陷的方法。
激励线圈放置在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场分布；(b)有缺陷时涡流场分布
Bm Q
• •
• Q
磁滞回线
P Hc
P + Hm H
B—H曲线形成一个闭合曲线,称为磁滞回线. 注意:磁滞效应是要损耗能量的.
2、磁导率
增量磁导率
B H
微分磁导率
dif
B lim
H 0 H
dB dH
起始磁导率
i
lim
H 0
B H
二、正弦交流电
1、表征函数 ej cos j sin u Um sin(t ) f (t) Iej(t+) I cos(t+) jI sin (t+)
M 21 M12
1
0 I1 4
l1
l1
dl1 dl1 R11
LI1
e d L dI
dt
dt
线圈自感仅与线圈尺寸、匝数、几何形状及线圈中 媒质有关，与通过线圈电流无关
互感
2
0 I1 4
l2
dl1 dl2
R l1
12
MI1
e21
线圈互感与线圈尺寸、匝数、e12
特殊情况：电子脱离--自由电子；原子核--正离子
金属：正离子+自由电子
导体： 自由电子在电场下定向移动 绝缘体 自由电子较少
2、电阻
欧姆定律
U El l R
I J S S
R l
S
1
电阻率，单位Ω*m μΩ*cm
电导率，单位S/m（西门子/米）
应力： 拉应力或扭转应力提高电阻率 单向压应力，电阻率降低
拉应力 0 1 压应力 0 1 p
热处理： 不同热处理工艺电导率差异较大
二、材料导磁性
1、磁滞回线B
当H= 0时,B =Br 叫剩磁 当H反向=Hc时, B =0
Hc叫矫顽力，表示铁 － Hm Br 磁质抵抗去磁的能力.
检测距离和薄板厚 度 工件的尺寸和形状
用途
导电的管、棒、线材及零部 件的缺陷检测 混料分选和非磁性材料电导 率的测定 薄膜和薄板厚度的测量
工件尺寸和形状的控制
物理量测 工件与检测线圈之 径向振幅、轴向位移及运动
量
间的距离
轨迹的测量
涡流检测设备
涡流检测技术应用
航空航天、军工领域 航空发动机叶片裂纹、螺栓及螺孔内裂纹、飞机多层
五、无损检测方法比较
§1.2 物理基础
一、材料导电性
1、物理本质
物质分类： 导体：金、银、铜、铁 导电性能良好 绝缘体：橡胶、陶瓷、云母、木材 导电性能差 半导体：硅、锗 介于导体和绝缘体之间 注意：在一定条件下可以相互转化。
物理本质：
原子：原子核+电子
中性
一般情况：电子绕原子核旋转运动
2、表示方法 ⑴ 复数符号法
u Im[ 2Ueejt ]
⑵ 相量法
三、阻抗及矢量图
阻抗：
Z U Z Z
I
相位
Z
tan1 U X UR
tan1 X R
§2.3 阻抗分析法
一、电磁感应及涡流
电磁感应现象
e d e dN
dt
dm）
标准退火铜电阻率
x 金属电阻率 ×100%IACS
3、影响导电性因素
温度： 温度升高，电阻增大
R R0 1 T T0
杂质： 晶格畸变，电阻率增加
电阻温度系数
形变： 冷加工导致晶格畸变，电阻率增加
局限性
只限于导电材料； 只限于表面和近表面的检测； 干扰因素多，需要特殊的信号处理； 对复杂形状的零件进行全面检测时效率低； 探伤时，判断缺陷的种类和形状较难。
四、涡流检测应用范围
检测目的 探伤 材质分选 测厚 尺寸检测
影响涡流特性的因 素 缺陷的形状、尺寸 和位置 电导率和磁导率等
目录
1 涡流检测理论 1.1 概述 1.2 物理基础 1.3 阻抗分析法
2 涡流检测设备与器材 3 涡流检测工艺与应用
涡流检测理论
宋凯
南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室
§1.1 概述
1.1 概述
一、涡流检测法发展
1824年，加贝发现铜板对摆动磁铁的阻尼现象。 数年以后，佛科指出：在强的不均匀磁场内运动
的铜盘中有电流存在。涡流－－佛科电流。 1831 年，法拉第总结出电磁感应定律。 麦克斯韦于1873年总结麦克斯韦方程组 1879年，休斯首先将涡流检测应用于实际。 五十年代初期，德国的福斯特提出了阻抗分析的
理论和实验结果。
二、涡流检测原理
涡流
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。
结构、起落架、轮毂和铝蒙皮下等表面和亚表面缺陷。
电力、石化领域 涡流技术用于电站（火电厂、核电站）、石油化工油
田（输油管道、抽油杆、钻杆等）、炼油厂、化工厂 等领域的有色及黑色金属管道（铜管、钛管、不锈钢 管、锅炉四管等）在役和役前检测。
冶金、机械领域
涡流技术可用于各种金属管、棒、线、丝材的在线、 离线探伤。能够有效抑制管道在线、离线检测时的某 些干扰信号（如材质不均、晃动等），对金属管道内 外壁缺陷检测都具有较高的灵敏度；