脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展

脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
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、中、高频的正弦波之和； 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、近表面 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； 近年来成为国内外涡流检测技术与应用 研百度文库中最受关注的热点领域之一。
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。 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，但由于 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，则涡流在被检测对象表面下 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，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。 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，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。
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
3.1 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 0.003 3 30 300 3000 峰值/mV 36.6 38.7 45.3 34.52 103 周期/μ s 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
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
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
2 脉冲涡流检测的基本原理
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
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
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
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
图2 脉冲涡流典型时域波形及特征参数
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
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
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
3.1 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
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
3.1 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]
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 零件表面和近表面裂纹缺陷检测线圈的设计、制作参数：
激励线圈为用直径为0.24mm的漆包线绕制，内径为 10.2mm、外径为22.4mm、高为10mm，缠绕圈数为400 匝，检测线圈用直径为0.07mm的漆包线绕制，内径为 2mm、外径为5mm、高为2mm，缠绕圈数为800匝。文 献[4] 从获得均匀磁场和较大透入深度考虑，设计、制 作了一种几何尺寸为40mm×20mm×20mm（长×宽× 高）、厚度为1mm的矩形线圈，共绕了400匝，并在线 圈中加了磁芯以增大磁场强度；在保证较好灵敏度的前 提下，较小尺寸的检测线圈有利于提高测量分辨率和精 确度，因此检测线圈的设计、制作参数为：内径1.5mm、 外径3mm、高2mm，共绕了800匝。
位置/mm 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μ s 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 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μ s 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
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
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。 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，还较多 地采用以铜线绕制激励线圈，用霍尔片制作探 测元件。
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
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，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。