【正文】 檢測(cè)的完整模擬，這是極為重要的。就探頭設(shè)計(jì)而言，數(shù)值方法較其它設(shè)計(jì)方法有某些優(yōu)越性。渦流探頭設(shè)計(jì)中現(xiàn)有公式的局限性是一個(gè)從事探頭設(shè)計(jì)的人們熟知的事實(shí)。它可以來自某個(gè)幸運(yùn)的巧合，或者它可以是由于缺乏任何更好的設(shè)計(jì)方法時(shí)的反應(yīng)。傳感器設(shè)計(jì)有三種基本方法。探頭設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)方面：采用什么樣的線圈結(jié)構(gòu)形狀、線圈電路的連接形式、線圈形狀尺寸、探頭的外形等制作。結(jié)果顯示，該方法優(yōu)化設(shè)計(jì)的傳感器與經(jīng)驗(yàn)法相比，靈敏度和線性度都有了明顯的提高。傳感器(檢測(cè)探頭)技術(shù)研究是檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵，近年來人們?cè)趥鞲衅鞯臄?shù)字模型、結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、自動(dòng)優(yōu)化、特征值的測(cè)定、有效屏蔽以及與計(jì)算機(jī)結(jié)合等方面進(jìn)行了大量的研究。提離效應(yīng)可用貼近表面的探頭或多頻檢測(cè)之類方法加以減小，同時(shí)，某些重要的渦流檢測(cè)依賴于提離效應(yīng)，導(dǎo)電表面上非導(dǎo)電性包覆層厚度的測(cè)量和表面平整度的檢測(cè)就是這樣的兩種檢測(cè)。探頭在這兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)所描繪出的阻抗曲線即提離曲線，它對(duì)渦流檢測(cè)有非常重要的意義。減小線圈尺寸將減小一些邊緣效應(yīng)，但線圈尺寸的減小實(shí)際上存在一些限制。當(dāng)檢測(cè)線圈接近被測(cè)零件的邊界或端面時(shí)，渦流形狀會(huì)發(fā)生改變，這是因?yàn)闇u流不可流出零件邊界的緣故。采用放置式探頭線圈進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以用渦流環(huán)的尺寸表示工件的尺寸?？芍?，將上面兩積分方程式左邊相加就是導(dǎo)體中總的電渦流。設(shè)想在被測(cè)導(dǎo)體上存在某個(gè)具有特定幾何尺寸的環(huán)域，如圖25所示。檢測(cè)頻率的選取與工件的特征頻率f密切相關(guān)，它是工件的一個(gè)固有特性，取決于工件的電磁特性和幾何尺寸。若只是需要檢測(cè)工件表面裂紋，則可采用高到幾兆赫茲的頻率。在任何具體的渦流檢測(cè)中，實(shí)際所用的頻率由被檢工件的厚度、所希望的透入深度、要求達(dá)到的靈敏度或分辨率以及不同的檢測(cè)目的等所決定。在渦流檢測(cè)中，在載流檢測(cè)線圈的作用下，試件中由于電磁感應(yīng)而感生的渦流宛若是在多層密迭在一起的線圈中流過的電流，這樣也可以把被檢測(cè)的金屬工件看作一只和檢測(cè)線圈交鏈的次級(jí)線圈。折合阻抗和原邊線圈本身的阻抗之和稱為視在阻抗：R=R+R 式（）X=X+X 式（）由以上各式合并可知初級(jí)線圈的視在阻抗為：Z=R+R+j(ωLωL) 式（）其中，（RjX）為次級(jí)線圈回路反應(yīng)到初級(jí)線圈回路中的電抗。當(dāng)兩個(gè)線圈耦合時(shí)，如果給原邊線圈通以交變電流，由于電磁感應(yīng)的作用，在閉合的副邊線圈中會(huì)產(chǎn)生電流?？杀硎緸椋篫==R+jX=R+jωL 式（）大多數(shù)的渦流線圈為了能產(chǎn)生合適的外部磁化場(chǎng)和限制熱損耗，線圈繞有很多匝，空線圈的感抗ωL較之空線圈的電阻R。在渦流檢測(cè)中，當(dāng)試驗(yàn)線圈遠(yuǎn)離試件或任何其他導(dǎo)電材料或磁性材料時(shí)，其阻抗稱為空線圈阻抗，該阻抗提供了一個(gè)參數(shù)，用于其他阻抗的比較。一般當(dāng)線圈中的電流頻率較低時(shí)可以忽略線圈匝間分布電容，線圈的等效電路如圖22所示。到目前為止，阻抗分析法仍然是渦流檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的一種方法。在渦流檢測(cè)的發(fā)展過程中，曾經(jīng)提出過多種消除干擾因素的手段和方法，但直到阻抗分析法的引進(jìn)，才使渦流檢測(cè)技術(shù)得到了重大的突破和廣泛應(yīng)用。一工件表面的渦流密度；J一離表面x深度處工件的渦流密度；x一至表面的距離；f一交流電流的頻率。渦流在被檢測(cè)試樣中流動(dòng)時(shí)，分布是不均勻的。影響渦流場(chǎng)的因素有很多，諸如探頭線圈與被測(cè)材料的耦合程度，材料的形狀和尺寸、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、以及缺陷等等。如圖21所示。充分利用迅速發(fā)展的電子技術(shù)和微電子技術(shù)，研制出更為智能化的渦流檢測(cè)儀。渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷大小形狀的三維評(píng)價(jià)是產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的必然要求，因此渦流檢測(cè)三維成像是今后要求的發(fā)展方向。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其集知識(shí)表示、存儲(chǔ)和計(jì)算功能的插值系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在渦流檢測(cè)定量化中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。信號(hào)獲取和處理技術(shù)：信號(hào)的獲取及其處理決定了檢測(cè)設(shè)備的總體J險(xiǎn)能，近年來隨著電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信號(hào)處理成為渦流理論研究進(jìn)展最快的方面。測(cè)量參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)：通過研究傳感器的磁場(chǎng)特征從而對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)以及測(cè)量參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這也是渦流檢測(cè)的一個(gè)重要的研究方向。此時(shí)將傳感器定位并變頻測(cè)量以求得缺陷距表面的深度。傳感器(檢測(cè)探頭)技術(shù)研究。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在確定缺陷時(shí)無需建立數(shù)學(xué)模型，通過大量的實(shí)例學(xué)習(xí)來識(shí)別缺陷，是一種唯像處理方法，比用其它數(shù)值方法快得多，但對(duì)于事先沒有學(xué)習(xí)過的缺陷則是無能為力。渦流法識(shí)別缺陷的檢測(cè)裝置包括場(chǎng)的發(fā)射、散射場(chǎng)的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。大多數(shù)的正向問題的數(shù)學(xué)模型(定解問題)有解且唯一，如果選擇合適的計(jì)算方法，一般情況下數(shù)值解是穩(wěn)定的，即正向問題是適定的。所以從以上分析，渦流法最適合于重軌設(shè)施表面裂紋的檢測(cè)。（2）與射線法相比，射線法成本太高，且射線需要放射源，現(xiàn)場(chǎng)使用中存在輻射性物質(zhì)，對(duì)人體有一定的傷害，必須對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行防護(hù)，使用不便。常用于型材表面裂紋的檢測(cè)。滲透檢測(cè)無需電源，缺陷性質(zhì)容易辨認(rèn)，可檢測(cè)任何金屬和陶瓷材料的表面開口缺陷，但不能檢測(cè)內(nèi)部缺陷。要求工件表面較光潔。與射線法相比，超聲波法具有很多的優(yōu)點(diǎn)；首先它具有很強(qiáng)的穿透力，對(duì)于同種鋼材來講，超聲波大約是3m，而射線僅僅為50cm；其次，對(duì)于很小的傷痕也能夠準(zhǔn)確地測(cè)出來并進(jìn)行定位，同時(shí)，配以一些自動(dòng)掃描裝置及微處理器計(jì)算機(jī)等設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用則更為完善和豐富。要求工件不能太厚，以鐵為例，最好不要超過80毫米，其它材料可以根據(jù)其衰減系數(shù)相應(yīng)的加厚或減薄。且試樣表面的不平和痕跡也會(huì)對(duì)磁力線的走向產(chǎn)生影響。 磁粉檢測(cè)(MT)利用被測(cè)材料磁化后損傷會(huì)改變磁力線的分布情況，顯現(xiàn)出這些損傷。它在機(jī)械、建筑、鐵道、石化等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須采用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)出便攜式探傷儀，以輔助人工檢查，提高工作效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，排除隱患，做到防患于未然。疲勞裂紋：對(duì)于道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備的執(zhí)行部件，工作比較頻繁，執(zhí)行動(dòng)作快，瞬時(shí)沖擊負(fù)荷大，且工作環(huán)境非常惡劣，因而容易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，進(jìn)而形成疲勞裂紋，當(dāng)裂紋達(dá)到一定程度時(shí)，很容易造成部件的突然斷裂。為了進(jìn)一步滿足社會(huì)發(fā)展的要求，我們?cè)诓粩嗵岣吡熊囁俣鹊耐瑫r(shí)更重要的是保證它的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 eddy current testing。最后采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法選定了各參數(shù)的合理組合，完成了傳感器的總體設(shè)計(jì)。闡述了阻抗分析法，并用其分析了影響檢測(cè)線圈阻抗變化的幾個(gè)因素。接著介紹了渦流檢測(cè)原理，基于電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)了相關(guān)的重要公式。并通過大量實(shí)驗(yàn)分析確定了各因素對(duì)傳感器一些性能的影響，為探頭線圈尺寸提供了優(yōu)化。關(guān)鍵詞：無損檢測(cè)；渦流檢測(cè)；裂紋缺陷；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）the Design of Online Nondestructive Testing System of Complex Crosssection Heavy Rail——Turbulent flow nondestructive inspection partAbstractFirstly, several method of testing crack defect are put forward and pared. Considering of configuration and using characteristic crack, we get the result that the crack defect can be only detected by portable testing instrument. Secondly,the pinciple of eddy current test is on electromagnetic field theory,some important formulas are deduced. Impedance analytical method is presented,through which we analyze some factors that alter testing coil impedance’s value. Then,characteristic frequency of laid test coil is calculated, it is important to select the test frequency.As for the sensor design, a sensor with high performance is designed through modification based on some sensors with better performance. Various factors that influence the sensor performance are analyzed through experiment to optimize the size of coil. Finally used the orthogonal experiment design method, we designed the parameters with reasonable bination, and conpleted the design of sensor system.As for hardware design, in signal converter, in order to improve the sensitivity,the parameter of signal converter is gotten though math illation. Excitation circuit,signal converter circuit, single chip system, demonstration, and alarm part are all given partcular annlysis and design. As for software design, the software is modularized, and every module is designed, then each flow chart is given.Key words: nondestructive testing。 signal prosessing內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒 論 1 課題研究的背景及意義 1 無損檢測(cè)技術(shù) 1 渦流檢測(cè)技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 5 7第二章 渦流檢測(cè)理論基礎(chǔ) 8 8 9 10 10 12 1滲透深度 13[12] 14 17 17第三章 探頭的設(shè)計(jì)與制作 18 18 性能研究 23 23 24 24 25 26[21] 26 28 32第四章 渦流檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33 33 34 36 36 37 38 38 40 41 42 43 43 43 44第五章 渦流檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 46 46 47 48 48 49 51 51 52 53 55 56第六章 總結(jié) 58參 考 文 獻(xiàn) 59附 錄 61致 謝 66內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒 論 課題研究的背景及意義隨著鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，我國已逐漸告別人工扳道的歷史，轉(zhuǎn)轍機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了道岔轉(zhuǎn)換的集中控制，為列車的全自動(dòng)化運(yùn)行以及提速提供了可靠的保證。但對(duì)于疲勞裂紋和焊縫質(zhì)量等問題，我國還停留在定期人工目測(cè)階段，不能滿足發(fā)展要求，墮待解決。這些對(duì)于車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，但目前我國僅靠人工來巡視，這些設(shè)施都工作在野外，表面大都被油污、灰塵覆蓋，而現(xiàn)在又沒有相應(yīng)的檢測(cè)儀器，很難發(fā)現(xiàn)缺陷所在。運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，可以極大地降低成本、確保質(zhì)量、提高壽命。這五種方法在不同時(shí)期都發(fā)揮了重要的作用，但在檢測(cè)對(duì)象、適用范圍、檢測(cè)效果以及經(jīng)濟(jì)性等方面又各具特點(diǎn)[2]。這種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)工件形狀無特殊要求，靈敏度高、速度快、能直接觀察、操作方便，成本較低；缺點(diǎn)是不能檢驗(yàn)非鐵磁性材料、不能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷、不能測(cè)定缺陷的深度，并且需要專門的磁化設(shè)備。射線主要檢測(cè)工件內(nèi)部的體積型缺陷，比如孔、渣等，對(duì)平行于射線照射方向的有一定寬度的裂紋也可檢出。超聲檢測(cè)超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測(cè)。成本較低，工作效率較高，但對(duì)檢測(cè)操作人員有相當(dāng)高的要求，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確與否，取決于檢測(cè)人員的水平。滲透檢測(cè)(TP)利用液體的毛細(xì)管作用，將滲透液滲入固體材料表面開口缺陷處，再通過顯像劑將滲入的滲透劑吸出到表面顯示缺陷的存在。渦流檢測(cè)可檢測(cè)各種導(dǎo)電材料表面和近表面的缺陷，但檢測(cè)參數(shù)控制困難，檢測(cè)結(jié)果難于解釋。表面裂紋檢測(cè)屬于無損檢測(cè)的一個(gè)應(yīng)用，針對(duì)重軌部件的特點(diǎn)：鐵磁性材料，形狀不規(guī)則，被油污和灰塵覆蓋，通過對(duì)比分析目前無損檢測(cè)五大常規(guī)方法，可以看出對(duì)于重軌部件的裂紋和焊縫檢測(cè)，采用渦流法有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）與超聲法相比，超聲法需要耦合劑接觸測(cè)量，耦合劑對(duì)環(huán)境有一定的污染，且超聲法對(duì)檢測(cè)操作人員有相當(dāng)高的要求，和要求工件表面較光潔，而渦流檢測(cè)對(duì)這些要求較弱，超聲法一般用于檢測(cè)尺寸較大的試件。所以相比之下，渦流法對(duì)被檢工件表面及近表面缺陷檢測(cè)靈敏度高，具有快速、方便、無污染、成本低，在表面涂層、潮濕和水底等惡劣環(huán)境下也能開展檢測(cè)工作，特別適合于檢