改进型脉冲涡流无损检测技术研究

　　0引言

　　传统的脉冲涡流采用圆柱形线圈作为激励线圈,采用同轴的圆柱形线圈或位于激励线圈底部的磁传感器(Hall传感器或GMR传感器)来检测受到缺陷扰动的磁场的变化,为了提取只受缺陷扰动的那部分磁场的变化,必须对感应信号进行差分处理[1-3],从中减去无缺陷存在时的参考信号,由于差分处理必须首先保证两个差分信号的同步,否则容易引起较大的误差,这就增加了信号处理的难度。本文提出了一种新的改进型脉冲涡流检测方法,将传统的脉冲涡流检测技术(Pulsed eddy cur-rent,PEC)和交变磁场测量法(Alternating CurrentField Measurement,ACFM)有机集成在一起[4-6],通过采用矩形线圈作为激励线圈,将脉冲涡流激励场从空间上转化为匀强涡流场,从而等效为一种自差分式的涡流检测技术,内径很小的检测线圈位于激励线圈底部的中央,其感应的信号主要来自缺陷产生的扰动场,因此无需进行差分处理,这就消除了硬件设计中对于信号同步的要求,简化了信号处理的过程,同时提高了检测灵敏度。

　　最后,将改进型的脉冲涡流技术应用到对腐蚀缺陷的检测中,实现了对腐蚀缺陷深度和体积的定量检测,同时采用一种新的方法实现对表面腐蚀和表面下腐蚀的分类识别,理论分析与试验结果相一致,验证了所提出方法的正确性。

　　1　交变磁场测量法的检测原理

　　图1给出了ACFM中缺陷对电流及磁场的影响。图中,Bz表示扰动磁场的垂直分量。

　　图1中,在远离缺陷处,电流场是均匀的,电流线相互平行。当电流流至缺陷处,由于缺陷处电阻增大,电流会向缺陷两端和底面偏转,使缺陷中心处电流变疏,电流密度下降,电流向缺陷两端汇聚,从而导致工件表面磁场的变化。在缺陷的左半边,电流的总体趋势是逆时针流动,产生指向工件表面的磁力线,在缺陷的右半边则刚好相反。规定前者为负,后者为正。这样,可通过Bz曲线对缺陷的长度进行检测。

　　2脉冲涡流的检测原理

　　脉冲涡流的激励信号为具有一定占空比的方波,施加在探头上的激励方波会感应出脉冲涡流在被测试件中传播,假如有裂纹缺陷存在,势必使得磁感应强度B发生变化,由于脉冲包含很宽的频谱,磁感应强度变化量中就包含有关裂纹的重要信息。建立如图2所示的模型来对脉冲涡流进行分析。

　　图2中,被测试件的电导率为σ1,磁导率为μ1,位于试件表面的裂纹的长度为l,检测线圈的内径为r1,线圈与试件表面的距离为h。对于线性媒质,在轴对称的情况下,如果激励的脉冲电流表示为Iu(t),以矢量磁位A表示的Maxwell微分方程为:

　　边界条件为