某型直升机轮毂涡流检测探头主要参数的确定

　　0 引言

　　某型直升机轮毂如图 1，在直升机着陆与滑行过程中，要不断承受高应力载荷的反复作用，常会在 R 弧处产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹一旦产生，在高应力作用下会迅速扩展，给飞行带来很大事故隐患。[1]用涡流法检查轮毂裂纹是最有效的方法。由于轮毂被检部位空间狭小，表面为弧状，需要设计专用涡流探头。对于专用涡流探头设计，除了可达性之外，重点是要考虑检测灵敏度，而决定灵敏度的关键在于检测线圈尺寸和匝数。

　　1 涡流探头的工作原理

　　涡流探头，又称涡流检测线圈，一般情况下，这种检测线圈既产生激励涡流的磁场又接收涡流的反射磁场。它的主要元件是一只固定于框架上的扁平线圈，如图2 所示。

　　当检测线圈端面平行地靠近被测导体表面时，线圈中的激励电流产生高频交变磁场，在导体中就激发出涡电流。涡流的大小、相位及流动性是受到试件导电性能等的影响，而涡流的反射磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化(或线圈上感应电压的变化)，就可以得到被检材料有无缺陷的结论[2]。

　　2 主要参数确定

　　为了获得一个高质量的涡流探头，不仅要求选择最佳的性能常数，还需综合考虑检测用途、测试条件、被测件的形状和材质及涡流仪的要求等多种因素。因此，在实际应用中，大多是在理论的指导下，通过试验对比来选择最优方案。

　　2.1 探头线圈尺寸选取

　　设探头线圈内半径为1R ，外半径为2R ，轴向厚度为 H ，线圈的匝数为 N ，如图3 所示。当线圈通以电流 I 时，则电流密度 i为

　　则通过截面为d x， dy 处的电流元的电流为:

　　根据毕奥—沙伐尔定律，此电流在轴线任意点P 处所产生的磁感应强度为:

　　整个载流扁平线圈通以电流 I 以后，在轴线上任意 P 点处产生的磁感应强度为[3]:

　　式中：x1就是扁平线圈端面到被测体的距离，可用x 表示。

　　线圈轴线上 P 点产生的磁感应强度可改写为:

　　根据式(5)可计算出在不同线圈尺寸下的灵敏度和线性范围，见表1 和图4。

　　由图 4 可知：

　　1)线圈外径小时，线性范围减小，但灵敏度增大。

　　2)线圈薄时，灵敏度高。

　　3)线圈内径改变时，只有被测体与传感器距离近时，灵敏度略有变化。

　　因为线圈外径越小，能量越集中，探头的灵敏度也越高，但同时线形范围变小，所以应在满足探伤所需的线形范围内，使线圈的外径尽可能小。考虑到某型直升机轮毂的形状和表面光滑度，表1 中5 号线圈的线性范围已能满足探伤要求，同时灵敏度较高，所以选择线圈的尺寸为内径 2.0 mm、外径2.5 mm、厚度 5 mm。