应用脉冲涡流检测金属表面裂纹的研究

　　0　引言

　　由于表面裂纹检查是钢铁工业等部门的关键问题之一,而裂纹深度是需要量化的关键参数。所以检测得到金属裂纹的深度有非常深远的现实意义。论文中阐述了如何应用脉冲涡流检测技术分别检测钢、铝、铜三种不同材质的试块上不同深度的人工模拟裂纹。通常,多频或双频涡流检测技术能够用来检测表面裂纹的深度。然而,趋肤效应深度给应用传统涡流检测技术检测深度裂纹带来了很大的限制。而脉冲涡流检测方法是一种新近发展的技术。脉冲涡流所具有的宽频特性使它非常适合于金属深层的裂纹检测,而且激励的脉冲特性使涡流在金属中存在一个很高的峰值,易于观察和测量。而且脉冲特性能够进行传统涡流检测所不能进行的瞬态分析。

　　1　实验装置和检测过程

　　脉冲涡流检测系统的总体设计如下:首先由信号发生器(激励源)产生脉冲信号,其信号形式为方波信号。此脉冲信号激励脉冲涡流传感器的线圈进行检测,然后试件感应产生瞬时涡流信号,此涡流信号产生的磁场和原生磁场相互作用,系统将此时的传感器瞬时电流信号作为检测信号,而后通过程控放大器进行放大处理,最后经由数据采集卡进行A/D转换采样,对采样后信号利用虚拟仪器进行信号处理和显示,可以初步判断裂纹的性质。这是一种比阻抗分析法更加直观的方法,最后对实验相关结果进行分析。脉冲涡流检测实验所使用的装置如图1所示。

　　此脉冲系统的主要组成部分有:

　　1)激励源。其主要的工作过程是:在单片机的控制下,数模转换芯片产生某一直流电压,然后模拟开关芯片MAX383以一定的频率在该电压值和地之间开合,于是可以产生一方波模拟电压信号。最后在激励源放大器LT1210的作用下获得足够的电流强度,从而驱动脉冲涡流传感器。

　　2)检测信号放大器。其主要由信号缓冲器和多级程控放大器构成,其中为了减小负载效应,本文使用了芯片OP27作为信号缓冲器。其后,使用了两级程控放大器PGA202和PGA207,PGA202是一种程控仪用放大器,其放大倍数有1, 10, 100, 1000等几种。同样,PGA207其放大倍数有1, 2, 5, 10等几种。可以得到1到10000倍的13种放大倍数,从而满足了试验要求。

　　3)研华PCI-1710多功能数据采集卡以及相关上位机软件。在LabVIEW 7.0平台上开发了虚拟脉冲涡流检测系统,其主要作用有:通过RS-232接口与单片机进行通讯,为整个系统提供统一的触发信号,即数据采集卡、MAX383、单片机可以在同一触发信号下进行工作,从而能够得到精确的一个脉冲周期的检测信号。在此基础上,我们测量无缺陷参考试块,并将其一个脉冲周期的检测信号存为参考信号。然后检测人工裂纹试块,同样得到一个脉冲周期的检测信号,并与参考信号相减得到的即是裂纹信息。软件系统的主要功能有:信号处理、信号存储、波形的显示等。程序界面如图2。