脉冲涡流检测技术的研究进展和展望

　　衡量一个国家基础工业先进与否,无损检测技术的发展水平是一个不可或缺的因素。由于航空领域对于安全要求特别严格,使得无损检测在航空领域得到广泛重视和应用,各种最先进的无损检测技术,首先都应用在航空领域。可以毫不夸张地说,航空的安危系于无损检测。目前,航空无损检测面临的主要难题是老龄飞机的检测。

　　脉冲涡流(简称PEC)的激励信号通常为具有一定占空比的方波脉冲,施加在探头上的激励方波感应出涡流在被测试件中传播。根据电磁感应原理,该涡流又会感应出一个快速衰减的磁场。随着感生磁场的衰减,检测元件上就会感应出随时间变化的电压。由于脉冲包含很宽的频谱,感应的电压信号中就包含着缺陷很多重要的信息。脉冲涡流由于其出众的检测能力,目前在飞机结构的无损评估领域得到了广泛的应用。

　　1　脉冲涡流工程应用的研究进展

　　20世纪70年代在Review ofProgress inQuantita-tiveNDE国际学术会议上发表了有关脉冲涡流技术方面的文章,对探头的优化设计以及脉冲涡流在裂纹缺陷检测中的应用进行了初步的研究^[1]。

　　近年来,国外大量研究机构利用脉冲涡流技术对飞机多层结构中裂纹和腐蚀的检测问题进行了广泛深入的研究,取得了很大的进展。一些研究机构已经推出了可实用的脉冲涡流检测仪器。

　　1993年,法国CEGELY的研究人员采用一对磁阻传感器作为检测元件,利用差分的原理来提高检测灵敏度,对铆接结构周围的缺陷进行了检测^[2]。1997年,他们对原来的方法进行了一些改进,采用霍尔传感器作为检测元件,利用峰值、峰值时间和特征频率三个参数来对缺陷的尺寸进行定量^[3]。1996年,TaiC C等人采用绝对式线圈,利用脉冲涡流作为激励,通过分析线圈中电流的变化,对多层结构镀层的电导率及厚度进行了检测^[4],该检测要求镀层和基底的材料都为非磁性金属。2002年,他们又实现了对镀层或基底之一为磁性材料情况的镀层电导率和厚度的检测^[5]。

　　美国Iowa StateUniversity无损评估中心在脉冲涡流的研究主要集中在对飞机多层结构缺陷的检测和定量上^[6],并且取得了有关PEC技术的专利。他们采用线圈作为激励和检测元件,利用峰值和过零时间作为特征量,其中,峰值主要和腐蚀的严重程度有关,过零时间和腐蚀的深度密切相关。2001年,其在美国空军的支持下,研制了用于检测飞机多层结构中腐蚀缺陷的脉冲涡流仪器^[7]。

　　美国通用电气公司研究与发展中心分析了激励脉冲参数对成像结果的影响,认为对于特定的脉冲涡流探头,通过优化设计激励脉冲的形状可以得到理想的检测结果,对于深层缺陷的检测,必须确保足够的激励脉冲长度以提供所需的能量,并实现了对腐蚀缺陷的成像检测^[8]。