三维远场涡流探头的设计与实验研究

　　1引言

　　远场涡流(RFEC)检测技术是一种基于远场涡流效应的无损检测技术(NDT)，其机理可以应用能量扩散流的概念予以揭示，远场状态也可以通过有限元法和计算机仿真技术模拟和复现。远场涡流检测(RFECT)与常规涡流检测(ECT)有所不同，其主要特点是检测线圈(或称敏感线圈)必须置于远离激励线圈的二次穿透区。采用内通过式探头检测导电管材缺损的原理如图1所示。

　　当激励线圈通以交变电流时，其产生的电磁能量将沿各个可能的方向扩散，由于管壁中产生的涡流阻碍了能量在管中轴向扩散，导致激励线圈附近的能量沿径向扩散到管外，这样一来，管外电磁能量沿轴向衰减的速度比管内能量衰减得慢，从而在远离激励线圈的区域，管外电磁场强于管内场，能量又向管内扩散.此时与放置在远离激励线圈区域的检测线圈藕合的磁场能量已2次穿越管壁，对应的区域也被称为二次穿透区。远场涡流检测技术除了具有一般常规涡流检测技术的特点外，还独具透壁性，能检测整个管壁上的缺陷而不受集肤效应的限制，同时对内外壁缺损具有相同的灵敏性，且相位信号不受提离效应的影响。

　　远场涡流检测技术可用来检测高导磁高导电率的厚壁管材，管外带有散热片或金属隔板组件时也可检出[1]，为了克服远场涡流探头长及信号弱的缺点，已研制出一些新型的探头结构[2-5]。一些研究成果表明，远场涡流现象不仅存于管材中，而且存在于导电板材中[6]。用于检测核燃料棒的外通式探头也已有研究[7]。目前，远场涡流无损检测技术已成为国内外无损检测领域的研究热点。

　　远场涡流检测技术应用于管道检测，效率高、实用性强、经济可靠。理论上的设计和仿真已有许多人做了研究工作，但是对缺损周向位置的确定还未见文章研究。本文拟通过对内通过式三维远场涡流探头的设计、远场效应的证实、不同结构探头远场效应的比较和导电管壁对称缺损和不对称缺损的检测对比实验，证明所设计的三维远场涡流探头不仅可以像传统远场涡流探头一样测得缺损在管壁轴向位置和深度，而且可以确定缺损在管壁周向位置，从而完善了缺损在管壁三维位置的可检测性，具有实际的工程应用价值。

　　2三维远场涡流探头的设计

　　常规内通过式远场涡流探头主要由与管道同轴的2个螺线管线圈构成:一个是激励线圈，通常通以低频交流电产生磁场;另一个是置于远场区的检测线圈，用以感受二次穿透区磁场，如图1所示，这样单一的检测线圈，检测的结果只能是管壁圆周方向平均缺损的情况，而不能确定缺损周向发生的确切位置。