脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展.pdf

,Suppl )6 冶金分析 Metallurgical Analvsj8 第26卷增刊 2006年10月文章编号:1000—7571(2006)增一0222—06 脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展徐可北(北京航空材料研究院无锅检测研究室,100095) 摘要:本文在较全面收集了近5年国内关于脉冲涡流检测技术研究文献的基础上,对脉冲涡流检测技术研究及其应用的进展情况作了较全面地介绍,包括脉冲涡流检测的基本原理、脉冲涡流的重要性质与特征、脉冲涡流传感器类型度设计制作参数、脉冲涡流检测条件的优化和脉冲涡流检测技术的应用等。通过与以单一频率的正弦交流电激励的常规涡流检测技术比较,可以看到脉冲涡流检测技术的优势和应用前景。中图分类号: 文献标识码:A 以一定频率正弦交流电信号激励的常规涡流检测技术在金属管棒材原材料、在役管道及机械零件表面、近表面质量检测中有着广泛的应用, 这种基于单一频率、连续正弦波信号激励的涡流检测技术,其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,但由于透人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,或以减小涡流透人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。众所周知,由于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,因此以重复的宽带脉冲(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一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,因此近年来成为国内豌涡流检测技术与应用研究中最受关注的热点领域之一。 1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渡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。脉冲涡流的产生及检测信号的拾取过程见图l。——222——图1脉冲祸流的产生爰检测信号的拾取过程第26卷增刊 2006年10月冶金分析 Metallurgical Analysis Vol, October,2006 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: 巧:业掣(1) |Idrdz 其中,Ⅵ为理想点线圈的感应电压,其表达式为: K2一盖f』早?ds畦a f(甲xA)’击=一f丛at删(2) 式中磁场强度B和矢量磁位A均为与被检测对象电导率口、磁导率肛相关的函数。被检测试件上存在的缺陷将通过一、口两个物理参数的改变引起检测线圈输出信号电压的变化而反映出来。图2给出了典型的脉冲涡流探头扫过平板试样上人工槽伤时电压响应的时