基于涡流检测原理的便携式钢板检测仪设计

　　0　引　言

　　在现代化生产中,钢板质材的设备应该非常广泛,尤其是在石化工业中,使用的设备往往都是大型的,而且设备的工作不方便间断,这样就给检修带来不 便,所以有必要对设备进行无损的在役检测.涡流检测是无损检测技术的一个应用分支,由于具有检测简单、速度快、灵敏度高、非接触式在役检测、不要特定的介 质和试剂材料等优点,广泛地应用于金属仪器缺陷检测.本文正是基于涡流检测的原理对钢板检测仪进行设计,对钢板质材的设备进行在役的无损检测.

　　1　设计原理

　　涡流检测设备就是运用电磁感应原理,将正弦波电流激励探头线圈,当探头接近金属表面时,线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流.对于平板金 属,感应电流的流向是以线圈同心的圆形,形似旋涡,称为涡流(见图1).同时涡流也产生相同频率的磁场,其方向与线圈磁场方向相反.涡流通道的损耗电阻, 以及涡流产生的反磁通,又反射到探头线圈,改变了线圈的电流大小及相位,即改变了线圈的阻抗.因此,探头在金属表面移动,遇到缺陷或材质、尺寸等变化时, 使得涡流磁场对线圈的反作用不同,引起线圈阻抗变化,通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化.

　　常规的涡流检测方法是在探头的激励线圈中通以高频交变电流,然而大量使用的铁磁性材料,当其磁导率μ>>1时,用常规涡流检测方法存在集肤效应,可通过公式(1)确定导体中涡流的标准渗透深度δ:

　　式中:μ为材料相对磁导率;f为激励信号频率;σ为材料电导率.

　　对于非铁磁性材料,μ= 1,对于强铁磁性材料,μ= 100 ~ 1000,按公式计算可知,强铁磁性材料的涡流渗透深度只有非铁磁性材料的1/10 ~1/30,当激励信号采用高频的时候,δ就更小了,涡流只能集中在表面,无法渗透到材料的内部,要检测深层的缺陷就非常困难.

　　为克服铁磁性金属磁导率对探伤深度的影响,本测量仪采用的方法是降低激励信号频率以提高标准渗透深度δ.从(1)式可以看出标准渗透深度还与激 励信号的频率有关,频率越高,标准渗透深度越小,所以可以适当降低交变的频率来提高渗透深度.这里采用的激励信号的频率是5 ~ 20Hz.在受激励信号激励的钢板内,涡流引起的感应信号是与激励信号同频率的信号,它的幅值与厚度的平方根成反比,滞后的相角与厚度成正比.据有关试 验,实际上通过检测滞后的相角来检测厚度更有效.所以,检测激励信号与感应信号的相位差是实现检测目的的关键所在,下面对相位差的计算方法进行讨论.