脉冲涡流检测技术的进展

    脉冲涡流检测技术(PECT)是近几年发展起来的一种新型无损检测方法,由于在检测多层金属结构缺陷方面表现出色,因而引起了人们广泛的研究兴趣。传统的电涡流检测(ECT)采用感应线圈探头及单一正弦波或多个离散频率连续谐波作为激励。而脉冲涡流检测系统采用了脉冲电流激励,电流脉冲在导体中产生的瞬态磁场随着扩散距离的增大,强度逐渐衰减,同时在导体中产生瞬态感应涡电流。入射磁场与工件中瞬态涡电流产生的“反射磁场”形成的合成磁场能被线圈检测到。如果工件中有缺陷,则线圈检测到的瞬态磁场就会发生变化,可以据此来评价金属结构的厚度、缺陷位置和尺寸。

1　脉冲涡流检测的优势

    与传统涡流相比,脉冲涡流检测有诸多优势^[1],如可以实现缺陷定量检测、数据采集速度快、响应信号便于解释、设备造价低和穿透更深等。在传统涡流测量中,所有的缺陷信息包含在单频或多频激励下测得的线圈阻抗变化中,而脉冲涡流激励及响应包含的频率范围很宽,可提供足够的信息,以进行缺陷识别并进行定量评估。一些由于材料结构变化,如受探头提离或边缘效应产生的噪声信号,可以在测量结束后进行处理和补偿。传统多频涡流检测系统的价格一般随着频率通道数目的增加而增加;脉冲涡流检测系统的价格低于传统多频涡流系统,但效果相当于数百通道的多频涡流系统。由于作为检测元件的霍尔传感器对低频信号灵敏度较高,而且探头采用脉冲信号激励,可以提供更高的激励能量,故脉冲涡流检测设备能提供更深的穿透深度。

2　脉冲涡流瞬态响应

2. 1　瞬态响应信号的测量

    目前,适于测量脉冲涡流瞬态响应信号的传感器有磁感应线圈、霍尔及巨磁阻传感器。线圈测量的是磁场的变化率,即感应电动势;而霍尔及巨磁阻传感器可直接测量磁场,且磁传感器的尺寸一般小于感应线圈,故分辨力较高。其主要性能如表1。

2. 2　瞬态响应信号的特征分析

    在脉冲涡流检测中,探头首先扫描一个与被测量元件材料相同的无缺陷试样,获得参考信号,检测缺陷时所获得的瞬态响应信号是从测量信号中减去参考信号获得的。所以如果探头扫描的区域与参考区域相同,则测得的瞬态信号为零。如果扫描的区域中存在缺陷、电导率或结构的变化,就会引起测量信号的变化。

    典型的瞬态涡流响应信号如图1所示,其中信号的峰值幅度、峰值到达时间和信号过零时间是三个重要的信号特征,常用来评估缺陷的位置和尺寸。一般认为峰值幅度与缺陷的尺寸和深度有关,而过零时间主要与缺陷深度有关^[2]。但这些特征点所能提供的信息有限,要将脉冲涡流应用到无损评估实际工作中,首先必需解决的问题是要能够从包含大量信息的响应信号中提取缺陷和结构特征。目前采用的脉冲涡流信号分析方法有离散傅里叶分析等。