基于FPGA的远场涡流检测仪的研究

　　1 引言

　　远场涡流检测作为涡流无损检测技术的一个重要分支, 目前在各个行业的管道日常维护和安全保障中发挥着重要作用。在核能、电力和石油化工等领域里,很多装置中都有金属管道, 它们在使用过程中由于高温、高压和强腐蚀介质的作用, 管壁容易受到损伤和腐蚀破坏,产生裂纹、点蚀、或减薄等,严重威胁着设备的安全运行, 因此对其进行在役检测有着巨大的经济意义。

　　常规涡流检测技术由于受到集肤效应的影响,难以检测出管道外表面的缺陷;同时由于易受提离效应以及被测试件电磁特性不均匀等因素的影响,从而造 成检测信号复杂,检测结果判断困难。相对于常规涡流检测技术,远场涡流(Remote Field Eddy Current RFEC)检测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术,在近几年迅速发展。

　　相对于常规涡流检测和超声检测等其它检测方法而言,远场涡流检测技术具有下列优点:

   　1.管子外壁缺陷与内部缺陷在检测中具有相同的灵敏度;

　　2.管壁厚度与检测出的相位成正比, 易于缺陷的分辨;

　　3.受提离效应影响非常小,可以节省清洁的时间,更加实用;

　　4.管道内的液体介质或气体介质对结果无影响;

　　5.检测设备体积小、重量轻,便于现场灵活远用;

　　6.与超声检测相比,不需要祸合剂,更容易实现。

　　由此可见,远场涡流检测在管道检测方面具有很大的优势,它对铁磁性管道的内外壁缺陷具有相同的灵敏度且不受集肤效应的限制,能同时检测凹坑、裂纹和壁厚减薄等多种缺陷,被认为是一种最有发展前途的管道检测技术[1]。

　　2 远场涡流检测的工作原理

　　远场涡流检测方法采用内部探头对管材实行透壁检测,这是一种低频穿壁技术,它对管材的凹坑、裂纹、壁厚收缩及电阻率和磁导率的变化均能响应, 并对管内、外部的异常变化有着相同灵敏度。远场涡流系统的探头是该系统的主要部件之一,它采用与管道同轴放置的内部螺线管作为激励线圈,通以低频交流电, 一组或多组检测线圈排列安放在靠近管壁的内表面处。检测线圈安放位置与常规涡流装置不同(如图 1),它安装在沿轴向距离激励源 2-3 倍管内径处,需要测量的不是线圈阻抗,而是检测线圈的感应电压及其与激励电流之间的相位差。如果在一根无缺损的长铁管中改变激励线圈和检测线圈间轴向距 离,并对应测出检测线圈感应电压及其相位,就可得到激励线圈周围电磁场分布的一些特征,我们把距激励线圈较近、信号幅值急剧下降的区域称为近场区或直接藕 合区;信号幅值急剧下降后变化趋缓而相位发生较大跃变之后的区域称为远场区或间接藕合区。远场涡流探头中的检测线圈必须放在远场区,远场区一般距激励线圈 2-3 倍管内径处[2]。