涡流检测中提离干扰的抑制

　　0　引言

　　涡流无损检测具有灵敏度高、操作方便、速度快、耗费小等优点,因此在许多工业部门中得到了十分广泛的应用[1-3]。但是提离问题是涡流检测中一直需要面对并解决的问题,同时也成为涡流检测技术进一步发展的主要因素之一。提离是指涡流传感器与被测试件之间的距离。当检测线圈与试件之间的相对位置发生变化时,检测线圈和试件之间的相互作用的程度会随之改变。检测线圈与试件之间的相对距离增加,相互作用的程度减弱。线圈和试件之间的距离变化对检测线圈阻抗的影响称之为“提离效应”。在涡流检测中,由于试件表面涂层厚度不均、凹凸不平和操作不当都会产生提离效应。提离效应往往会引起漏检和误报的发生。因此这一影响因素引起了高度重视,针对特定情况提出了不少抑制提离效应的方法[4-22]。

　　1　理论基础

　　在常规涡流检测中,研究“提离效应”一般采用的模型是由单线圈构成放置式探头放在平板型试件上,分析探头与试件之间距离变化时探头阻抗曲线的变化。

　　上世纪六七十年代,美国田纳西(Tennessee)大学的C·V·Dodd和W·E·Deeds等人就涡流检测探头阻抗的解析解问题做出了奠基性的工作,他们从解析计算角度建立的涡流探头模型,分析了提离、探头半径、测试频率以及试件电导率和磁导率对探头阻抗的影响[4-5]。

　　图1所示为考虑提离效应的涡流探头阻抗图,横坐标为归一化后的阻抗分量,纵坐标为归一化后的感抗分量。线圈的平均半径为-r,试件的电导率为σ,磁导率为μ,激励信号角频率为ω。提离l采用线圈平均半径进行归一化:l1=l/-r,消除量纲并可同时比较不同直径线圈对提离产生影响。图中实心曲线代表当提离不变时,特征参数ωμσ-r²从0增大到∞对应的阻抗曲线。虚线所示为特征参数ωμσ-r²不变,提离从0增大到1时对应的阻抗曲线。

　　观察图1可以得出如下结论:

　　探头与试件之间的距离越小,提离变化引起的探头阻抗变化越大;

　　试件电导率越大,提离效应越显著;

　　线圈直径越小,对提离越敏感。

　　2　研究现状

　　提离效应是涡流检测中的主要干扰源,它会对检测结果造成严重干扰,甚至使检测无法进行。因此国内外电磁无损检测人员都很重视对“提离”的抑制。大体上来看,抑制提离主要的方法有通过选用合适的检测方法、信号处理技术、改进检测探头设计等。

　　2.1　检测方法抑制提离

　　2.1.1　通过阻抗变换方法抑制提离

　　利用阻抗变换的方法实现了提离干扰信号的抑制[6],其主要原理是:涡流传感器位置的提离在归一化阻抗平面上沿着提离变化线向空载线圈的阻抗点(0,1)变化,而且这一变化近似为直线。应用阻抗分析的原理,如果选取测量阻抗在提离直线垂直线上的分量,则可以有效的抑制提离信号。图2表示在同一试件上测量时,A为没有提离的检测线圈归一化阻抗点, B为有提离的检测线圈归一化阻抗点。而且不论测量时存在多大的提离,其测得的检测线圈的归一化阻抗点均在AP的近似直线上(如C)。从O作AP的平行线OP′,分别从A、B、C点作OP′的垂直线,可见,虽然OA≠OB≠OC,但是AA′=BB′=CC′。该式说明,由于提离效应的存在,测量时实际的检测线圈阻抗值OA发生了变化,但通过适当的相位转换,提取信号AA′(或BB′、CC′)可以反映OA(或OB、OC)信号的大小。