扫频涡流检测系统设计与优化
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扫频涡流检测技术是一种在特定频段内采集涡 流数据对导电试件进行检测的方法。其广泛的频率 范围不仅可 使 最 优 激 励 频 率 容 易 作 出 决 定，并 且 可 保证检测的连续性。针对扫频涡流检测技术的这两 个特性，国内外学者做了许多研究。Ｃｈｅｎｇ［８］以扫频
涡流检测方法发现铁磁性材料在极低频段磁导率不 变的特性，完成了铁磁性材料的测厚。Ｍａｏ等［９］运 用扫频方法研究不同管壁厚度条件下电抗对频率的 敏感 性，确 定 了 激 励 频 率 的 范 围。Ｓｔｕｂｅｎｄｅｋｏｖａ 等［１０］利用扫频涡流检测技术确定了铁芯线圈与空芯 线圈的谐振 频 率，然 后 根 据 二 者 信 号 的 比 值 测 量 缺 陷深度。Ｋｉａｔｔｉｓａｋｓｒｉ等［１１］利 用 扫 频 涡 流 方 法 对 耐 热钢材的老化程度进行了量化检测与评价。通常， 扫频涡流检 测 技 术 通 过 阻 抗 分 析 仪 来 实 现，阻 抗 分 析仪能实现 指 定 频 率 范 围 内 阻 抗 的 精 确 测 量，但 是 仪器成本较高。
系统测量阻抗进行对比，对系统进行校正。对铁板进行测量实验，结果表明，所设计系统能实现对５０ｋＨｚ频率内阻抗的测量，
误差小于５％。
关键词：涡流检测；扫频；检波；快速傅里叶变换；校正
中图分类号：ＴＮ７１０．１ 文献标志码：Ａ
文章编号：２０９５ ２７８３（２０１９）０３ ０３０３ ０５
犇犲狊犻犵狀犪狀犱狅狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅犳狊狑犲狆狋犳狉犲狇狌犲狀犮狔犲犱犱狔犮狌狉狉犲狀狋狊狔狊狋犲犿
摘 要：针对涡流检测的灵敏度及连续性，设计了基于数字信号处理（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｏｓｓｉｎｇ，ＤＳＰ）的扫频涡流检测系统。首 先，从理论上分析了实际检测中采样点数和截取长度对检波性能的影响，确立了采样点数为１０２４、截取长度为４个周期的最佳
参数选择；然后，基于最佳选择开发了扫频涡流检测系统；最后，当检测系统探头远离试件时，相同条件下，将阻抗分析仪阻抗与
本文设计了一种基于 ＤＳＰ 的扫频涡流检测系 统［１２１４］，首先从 理 论 上 分 析 了 实 际 情 况 下 采 样 点 数 和采样周期数对快速傅里叶变换（ｆａｓｔＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓ ｆｏｒｍ，ＦＦＴ）的 影 响，以 保 证 系 统 的 灵 敏 度 及 检 测 连 续性；然后在探头远离试件时，将阻抗分析仪与本文 系统测量阻抗做对比，对系统进行空白校准；最后讨 论本检测系统设计的不足，并提出改进方法。
涡 流 检 测 技 术 （ｅｄｄｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｉｎｇ，ＥＣＴ）是 检 测导电材料缺陷、电导率、磁导率等性质的一种无损 检测方法，具有操作简单、检测速度快等优点。但在 实际工业检 测 时，临 近 热 交 换 管 道 及 支 撑 板 之 间 会 产生很强的 干 扰 信 号，并 且 单 频 涡 流 检 测 技 术 不 能 消除现 场 操 作 时 提 离 带 来 的 不 良 影 响。１９６６ 年， Ｌｉｂｂｙ［１］首次提出多频涡流检测方法，使用多个频率 进行检测。Ｙｉｎ等［２３］设计了一种多频涡流阻抗分析 仪，集 成 电 压、电 流 测 量 单 元，通 过 两 者 的 同 步 减 小 干扰信号，单独分析提离对检测的影响［４５］。但是，常 规的涡流检测技术使用单个或多个频率［６７］，对于铁磁 性材料，由于其近表面存在磁导率急剧变化的薄层，试 件电磁特性未知，最优激励频率不容易决定。
第１４卷 第３期 ２０１９年３月
中国科技论文 ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０ห้องสมุดไป่ตู้９
扫频涡流检测系统设计与优化
曹丙花１，雷 颖１，范孟豹２，叶 波３
（１．中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏徐州 ２２１１１６；２．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 ２２１１１６；
３．昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明 ６５０５００）
狅犳犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犓狌狀犿犻狀犵６５０５００，犆犺犻狀犪）
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ＣＡＯＢｉｎｇｈｕａ１，ＬＥＩＹｉｎｇ１，ＦＡＮ Ｍｅｎｇｂａｏ２，ＹＥＢｏ３
（１．犛犮犺狅狅犾狅犳犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犪狀犱犆狅狀狋狉狅犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳 犕犻狀犻狀犵犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犡狌狕犺狅狌， 犑犻犪狀犵狊狌２２１１１６，犆犺犻狀犪；２．犛犮犺狅狅犾狅犳 犕犲犮犺犪狋狉狅狀犻犮犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳 犕犻狀犻狀犵犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔， 犡狌狕犺狅狌，犑犻犪狀犵狊狌２２１１１６，犆犺犻狀犪；３．犉犪犮狌犾狋狔狅犳犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犪狀犱犃狌狋狅犿犪狋犻狅狀，犓狌狀犿犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔
涡流检测方法发现铁磁性材料在极低频段磁导率不 变的特性，完成了铁磁性材料的测厚。Ｍａｏ等［９］运 用扫频方法研究不同管壁厚度条件下电抗对频率的 敏感 性，确 定 了 激 励 频 率 的 范 围。Ｓｔｕｂｅｎｄｅｋｏｖａ 等［１０］利用扫频涡流检测技术确定了铁芯线圈与空芯 线圈的谐振 频 率，然 后 根 据 二 者 信 号 的 比 值 测 量 缺 陷深度。Ｋｉａｔｔｉｓａｋｓｒｉ等［１１］利 用 扫 频 涡 流 方 法 对 耐 热钢材的老化程度进行了量化检测与评价。通常， 扫频涡流检 测 技 术 通 过 阻 抗 分 析 仪 来 实 现，阻 抗 分 析仪能实现 指 定 频 率 范 围 内 阻 抗 的 精 确 测 量，但 是 仪器成本较高。
系统测量阻抗进行对比，对系统进行校正。对铁板进行测量实验，结果表明，所设计系统能实现对５０ｋＨｚ频率内阻抗的测量，
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关键词：涡流检测；扫频；检波；快速傅里叶变换；校正
中图分类号：ＴＮ７１０．１ 文献标志码：Ａ
文章编号：２０９５ ２７８３（２０１９）０３ ０３０３ ０５
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参数选择；然后，基于最佳选择开发了扫频涡流检测系统；最后，当检测系统探头远离试件时，相同条件下，将阻抗分析仪阻抗与
本文设计了一种基于 ＤＳＰ 的扫频涡流检测系 统［１２１４］，首先从 理 论 上 分 析 了 实 际 情 况 下 采 样 点 数 和采样周期数对快速傅里叶变换（ｆａｓｔＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓ ｆｏｒｍ，ＦＦＴ）的 影 响，以 保 证 系 统 的 灵 敏 度 及 检 测 连 续性；然后在探头远离试件时，将阻抗分析仪与本文 系统测量阻抗做对比，对系统进行空白校准；最后讨 论本检测系统设计的不足，并提出改进方法。
涡 流 检 测 技 术 （ｅｄｄｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｉｎｇ，ＥＣＴ）是 检 测导电材料缺陷、电导率、磁导率等性质的一种无损 检测方法，具有操作简单、检测速度快等优点。但在 实际工业检 测 时，临 近 热 交 换 管 道 及 支 撑 板 之 间 会 产生很强的 干 扰 信 号，并 且 单 频 涡 流 检 测 技 术 不 能 消除现 场 操 作 时 提 离 带 来 的 不 良 影 响。１９６６ 年， Ｌｉｂｂｙ［１］首次提出多频涡流检测方法，使用多个频率 进行检测。Ｙｉｎ等［２３］设计了一种多频涡流阻抗分析 仪，集 成 电 压、电 流 测 量 单 元，通 过 两 者 的 同 步 减 小 干扰信号，单独分析提离对检测的影响［４５］。但是，常 规的涡流检测技术使用单个或多个频率［６７］，对于铁磁 性材料，由于其近表面存在磁导率急剧变化的薄层，试 件电磁特性未知，最优激励频率不容易决定。
第１４卷 第３期 ２０１９年３月
中国科技论文 ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０ห้องสมุดไป่ตู้９
扫频涡流检测系统设计与优化
曹丙花１，雷 颖１，范孟豹２，叶 波３
（１．中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏徐州 ２２１１１６；２．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 ２２１１１６；
３．昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明 ６５０５００）
狅犳犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犓狌狀犿犻狀犵６５０５００，犆犺犻狀犪）
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ＣＡＯＢｉｎｇｈｕａ１，ＬＥＩＹｉｎｇ１，ＦＡＮ Ｍｅｎｇｂａｏ２，ＹＥＢｏ３
（１．犛犮犺狅狅犾狅犳犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犪狀犱犆狅狀狋狉狅犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳 犕犻狀犻狀犵犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犡狌狕犺狅狌， 犑犻犪狀犵狊狌２２１１１６，犆犺犻狀犪；２．犛犮犺狅狅犾狅犳 犕犲犮犺犪狋狉狅狀犻犮犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳 犕犻狀犻狀犵犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔， 犡狌狕犺狅狌，犑犻犪狀犵狊狌２２１１１６，犆犺犻狀犪；３．犉犪犮狌犾狋狔狅犳犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犪狀犱犃狌狋狅犿犪狋犻狅狀，犓狌狀犿犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔