脉冲涡流无损检测系统的设计

　　0　引　言

　　涡流检测是基于电磁感应而进行的,当导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线的运动时,导体内部会产生感应电流,电流路径常如水中的旋涡,因此被称为电涡流(又简称涡流)。本文使用的是脉冲涡流进行的无损检测[1],以脉冲涡流为激励,其检测基本原理与涡流无损检测[2]相同。脉冲涡流具有瞬时脉冲特性,可以方便地进行瞬时响应分析[3]。通过脉冲激励的线圈测得的感应信号将是一条反映被测对象中脉冲涡流强度随时间的变化曲线,它充分体现了被测材料的内在性质,例如:电导率、磁导率、甚至元素含量等信息,且从频域看,它比以前单频或多频正弦激励获得的1个或几个离散量所含的信息更多的信息。因此,在缺陷检测中,它为定量确定缺陷的位置、形状、大小等提供了可能[4, 5]。

　　1　圆柱形电感式传感器检测原理

　　本实验系统的涡流无损探伤检测原理如图1所示。当检测线圈靠近被测试导体时,线圈自身变化的电流产生的原生电磁场(图示B1表示)与试件中涡流产生的次生电磁场(图示B2表示)相互作用,结果使得检测线圈的复阻抗发生变化,从而使得通过它的电流发生改变。通过检测线圈电流的变化情况,就可以得到被测试件的相关信息。图1表示线圈放置于有纵向人工裂纹的金属导体(试件)表面进行探伤时的情况;I为作用于线圈的变化的激励电流。

　　根据不同需要可以将检测线圈制作成穿过式、内插式、探头式3种[6]。探头式线圈是放置在试样表面上进行检测的线圈,它不仅适用于形状简单的板坯、方坯、圆坯、棒材及大直径管材的表面扫描探伤,也适用于形状较复杂的机械零件的检查。探头单线圈式(又叫绝对式)可敏感于各种的金属物理属性的变化,特别适用于检测细微的金属缺陷,且单线圈式的结构简单,因此,本实验系统使用的是圆柱形线圈作为检测线圈。

　　2　脉冲涡流无损检测系统的设计

　　2.1　系统组成

　　首先,由激励源得到脉冲信号,其信号形式为一定占空比的矩形波信号。此脉冲信号激励涡流传感器的线圈进行检测;然后,试件感应产生瞬时涡流信号,此涡流信号产生的次生磁场和原生磁场相互作用,系统使用涡流传感器拾取该磁场特征,并转换为电压信号;而后,通过程控放大器进行放大处理;最后,经由数据采集卡进行A/D转换,并采样,对采样得到的数字信号存储于计算机中。便于下一步进行信号处理。其主要组成有:激励源、放大检测电路、涡流探头、计算机、传感器电路等5个主要部分[7]。本实验系统简单框架如图2所示。