非晶合金涡流探头性能的研究

　　涡流现象的发现已有上百年的历史。涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，作为一种重要的无损检测方法之一已广泛应用于各工业部门[1]。

　　自1960年，Duwez等人利用快速凝固方法首次在Au-Si体系中制备非晶合金以来，对非晶合金的研究就没有停止过，因其在许多方面具有比常规多晶合金更优异的性能，在过去的40年中一直受到物理和材料科学家的广泛重视。非晶合金以其高强度、高耐蚀性以及优异的电磁特性在航空、航天、电子、机械和化工等行业中呈现出广阔的应用前景，而它的电磁特性正符合涡流探头中的磁心要求，且已经在传感器中得到了广泛的应用[2]。本工作以非晶合金为试验研究对象，在不同的频率、匝数、直径条件下进行灵敏度试验，通过实验结果验证其理论电磁性能，对高灵敏度涡流探头的研制具有一定的指导意义。

　　1 试验

　　1.1 试验材料

　　外壳：选用一般的工程朔料，制成11×11×20mm的长方体。

　　磁芯：选用1.8×100(mm)的非晶合金带。

　　1.2 试验设计方法

　　试验采用正交试验设计的方法[3]，结合理论分析，选取频率、线圈匝数、磁芯直径(以叠加片数表示)3个因素作为研究对象，每个因素分3个水平，如表1所示。用L9(3 )正交试验表进行正交试验设计，设计出试验水平与因素的搭配如表2所示。此外由于用来作对比的普通铁氧体磁芯材料是固定几何尺寸，其直径与40片叠加的非晶磁芯直径相当，因而选取探头3、5、7做对比。用来作对比的探头10、11、12是订购参品产品，其参数如表2所示。

　　1.3 探头制作

　　在外壳11×11mm的面上打一通孔，根据外壳通孔的结构要求，将金属带切成20.0mm长的小段。按照设计的正交表将每20/30/40片叠加成一个整体作为磁芯。用胶将每一个整体的一端封在一起，用漆包线绕制在制好的磁芯上作为感应线圈。在绕制过程中要求排列整齐，不得空绕、叠绕和断线。绕制感应线圈时要特别注意线圈松紧，若两个线圈松紧不同则会影响电感的大小(即使相同的匝数电感大小也不同)[4]

　　将绕制好线圈的磁芯放入骨架通孔中，并引出两个接线头，用胶将其固定待用。

　　1.4 实验过程

　　为了便于直观进行探头性能比对，本次实验选用缺陷参数已知的涡流检测试块，340×120×12mm的45#钢板，上面有加工好的细槽，其中槽1深2mm;槽2深3mm;槽3深4mm，细槽宽度均为0.5mm。试块如图1所示。

　　本次实验采用AFG3022型信号发生器和TDS3014B型示波器。采用单一频率正弦波电源激励。将自制涡流检测探头放在检测试块上，按细槽埋深由小到大的方向匀速移动探头通过各细槽，可以看到当探头经过每一处细槽时，输出信号均产生波动;细槽埋深越大，信号波动的幅值就越大;通过提取不同埋深细槽的涡流信号分析探头性能[5][6]。检测信号如图2所示