钢板脉冲涡流检测方法

　　0 引言

　　脉冲涡流检测采用方形脉冲电流( 压) 作为激励信号，可进行瞬时响应分析。在激励线圈的周期性激励下，检测线圈的感应信号是一条反映被测对象中脉冲涡流强度随时间的变化曲线，通过曲线的变化规 律可以定量确定缺陷的位置、形状、大小等[1]。脉冲涡流比单一频率正弦涡流衰减要慢，这是利用脉冲涡流能检测导体更深层信息的理由[2]。

　　近年来，脉冲涡流检测发展迅速，它在层间或次表面缺陷的定量检测和评估方面表现出来的潜在优势已得到的高度重视[3]。但是通常脉冲涡流检测技 术能够准确反映裂纹深度在5 mm以下的深层裂纹并存在一个 10 mm 的检测极限，如果测量数据位于此区间则需要精确的度量方法[4]。目前的脉冲涡流检测系统多采用 DDS 或者单片机产生宽带脉冲，经过功率放大驱动激励线圈。由于模拟元件自身性质的限制，这种做法的激励电流强度小，对较厚钢板的亚表面缺陷检测分辨力不高。通 过对低压大功率电源进行斩波的方法，可以提高激励电流的强度，使脉冲涡流的幅值变明显，并且具有强抗干扰能力。

　　1 脉冲涡流检测方法工作原理

　　脉冲涡流的激励电流为一个重复的宽带脉冲，在激励脉冲的上升沿和下跳沿，电流的突变使感应磁场发生急剧变化，感生出快速衰减的脉冲磁场。变化的 磁场在导体中感应出瞬时涡流( 脉冲涡流) ，此脉冲涡流向导体内部传播，同时感应出快速衰减的涡流磁场。随着涡流磁场的衰减，霍尔传感器上就会感应出瞬态感应电压。分析瞬态感应电压的变化，就能得 到有关钢板缺陷的重要信息[5]。脉冲涡流检测方法的工作原理如图 1 所示。激励线圈两端的驱动电流波形与瞬态感应电压波形对应关系如图 2 所示。

　　传统涡流检测中，由于集肤效应的影响，导体试件中感应出的涡流密度随着距离表面深度的增加呈指数规律衰减。涡流穿入导体的距离称为渗透深度，定 义涡流密度衰减到其表面值 37%时的渗透深度为标准渗透深度 δ，也称为集肤深度。渗透深度与激励频率、导体的电导率和磁导率都有关系，表示为

式中: f 为交流电的频率; μ 为磁导率; σ 为电导率。

　　通常定义 2. 6 倍的标准渗透深度为涡流的有效渗透深度。涡流无损检测中一个重要的问题就是标准渗透深度的确定，这关系到涡流是否能够渗透到缺陷所在的位置，如果渗透深度 不够，就无法实现对缺陷的检测。传统涡流检测中的标准渗透深度公式同样适用于脉冲涡流检测。根据傅里叶展开的公式，一个脉冲信号可以展开成含有基波和许多 谐波成分的组合，给定一个方波，其周期为 T，脉宽为 Δ，其傅里叶展开形式为