阵列式脉冲远场涡流管道缺陷检测方法

　　0　引言

　　远场涡流检测技术被广泛应用在管道检测领域,是一种基于远场涡流效应的无损检测技术,检测线圈置于远离激励线圈2~3倍管径距离的远场区,通过在激励线圈上加载正弦电流,接收检测线圈上的感应电压信号来对管道进行定性检测和定量评估。同时它存在着信号微弱、传感器体积大、功耗大等缺点[1-3],需要对其进行改进。近年来的脉冲涡流技术研究表明其具有频率丰富、低功耗的优势[4-5],将它与远场涡流相结合进行分析,证实脉冲远场涡流检测技术能够对管道内、外壁缺陷进行有效的定量检测,并且信号较强,功耗低,传感器体积小。

　　1　脉冲远场涡流管道检测方法介绍

　　1.1　脉冲远场涡流的作用原理

　　脉冲远场涡流管道检测方法的传感器结构与正弦激励下的传感器结构相似,如图1所示,由间隔一定距离的激励线圈和检测线圈组成,检测线圈处于远场区。脉冲激励电流通常为周期性的具有一定占空比的方波,激励线圈中的脉冲电流产生出一个脉冲磁场,变化的磁场在管壁中感应出瞬态脉冲涡流,从而会产生一个涡流磁场,这两部分磁场在检测线圈上感应出随时间变化的电压。如果管壁上有缺陷存在,就会影响到涡流分布,最终使得检测线圈上的瞬态感应电压发生变化,通过测量瞬态感应电压,就可以得到有关缺陷的信息[6-8]。将这种在激励线圈上加载脉冲信号源,且检测线圈处于远场区情况下的管道涡流检测方法,称为脉冲远场涡流管道检测方法。

　　1.2　脉冲远场涡流检测信号的特征分析

　　脉冲远场涡流管道检测中激励电流和感应电压信号的时域波形如图2和图3。从图中可以看出,检测线圈上的感应电压由直接耦合分量和涡流感应分量两部分构成[9]。对应激励电流波形,可以发现直接耦合分量只出现在脉冲激励的上升沿和下降沿的时刻,在其它时间段内涡流感应分量占主要成份,因此,可以在时域分别观察这两种成份。其中瞬态感应电压的过零时间Tc和管壁厚度成正比,可以作为特征量来对管壁缺陷进行定量检测。

　　但是,将激励线圈和检测线圈之间的轴向距离减小到一定程度后,发现感应电压的波形变化非常明显,如图4所示。从图中可以看出当线圈间距为0·8倍管径时,与单频的远场涡流检测方法一致,涡流感应分量完全被直接耦合分量淹没,同时导致特征量过零时间Tc消失。说明脉冲激励下的涡流管道检测也存在着远场现象涡流,存在着远场区和近场区之分,只是和单频情况下相比较远场区的位置大大靠近了。图5是检测线圈在远场区时不同线圈间距对应的感应电压的时域波形。从图中可以看出随着线圈间距的增加,感应电压的直接耦合分量急剧衰减,而涡流感应分量受间距的影响较小,直接耦合分量的变化并不影响涡流感应分量,而且远场区明显小于2倍管径距离,这就允许测量壁厚时检测线圈和激励线圈更近,因此能够设计尺寸更短的传感器。