【正文】 的感應(yīng)電壓 U 相比要小得多，為 32 10~10 ?? 數(shù)量級(jí)。 渦流檢測(cè)線圈也可接成各種 電 橋形式。若 有輸出，則依據(jù)檢測(cè)目的不同，分別判斷 引起線圈阻抗變化的原因是裂紋還是其 他因素。 （ 2） 內(nèi)通過(guò)式線圈 內(nèi)通過(guò)式線圈，在對(duì)管件進(jìn)行檢驗(yàn)中，有時(shí)必須把探頭放入管子的內(nèi)部，這種插入試件內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)的探索頭稱為內(nèi)通過(guò)式探頭，也叫內(nèi)穿式線圈 ，它適用于冷凝器管道的在役檢測(cè)。渦流傳感器種類繁多，常見的分類方法有以下幾種： 按檢測(cè)線圈輸出信號(hào)的不同分類 可分為參量式和變 壓器式兩種。 根據(jù)渦流檢測(cè)原理，傳感器首先需要一個(gè)激線圈，以便交變電流通過(guò) 并在周圍及受檢工件內(nèi)激勵(lì)形成電磁場(chǎng)；同時(shí)，為了把在電磁場(chǎng) 作用下反映工件各種特征的信號(hào)檢 測(cè) 出來(lái)，還需要一個(gè)檢測(cè)線圈。這意味著任何引起渦流流動(dòng)電阻增 加的因素，裂紋、變薄、合金成分增加和溫度升高等將使得阻抗值增加，直到探頭阻抗值趨向于線圈在空氣中和阻抗，即 1/ 0 ?XXL 。一般 阻抗都是以 gff/ 為參數(shù)描繪，其中 f 為試驗(yàn)頻率； gf 為特征頻率， gf 取決于工件尺寸和電磁性。 電渦流強(qiáng)度與距離 x 呈非線性關(guān)系，且隨著 asrx/ 的增加而迅速減小。據(jù)此，由原邊線圈電路中的阻抗變化就可以知道副邊線圈對(duì)原邊線圈的效應(yīng)，從而推知副邊電路中阻抗的變化。 陰抗分析法在渦流檢測(cè)中被廣泛應(yīng)。 檢測(cè)對(duì)象改變時(shí)，如果 2222211121 ?????? rr rr ? （ ） 只要具有同樣的特征參數(shù) cP ，在歸一 化阻抗圖上就有相同的工作點(diǎn)。實(shí)部表明磁場(chǎng)的幅度隨著電磁場(chǎng)進(jìn)入導(dǎo)體深度的增加而作指數(shù)衰減，其衰減率由2?????決定，故稱 ? 為衰減因子；磁場(chǎng)的相位隨著這個(gè)深度的增加而滯后，而2?????為相位因子，決定了相位變化的快慢； K 則稱為電磁場(chǎng)在導(dǎo)體中的傳播系數(shù)。但是我們可以 用 近似等效 的方法 ， 只要它們滿足一定的條件（如傳感器的尺寸遠(yuǎn)小于鋼板的面積），無(wú)論如何，求解電磁檢測(cè)中的一些特定物理模型的帶有定解條件的麥克斯韋方程組，總是具有基本的理論價(jià)值，同時(shí)為設(shè)計(jì)檢測(cè)傳感器有指導(dǎo)意義。檢測(cè)線圈的形狀、尺寸、和技術(shù)參數(shù)對(duì)于最終的檢測(cè)結(jié)果至關(guān)重要。渦流自身也產(chǎn)生電磁場(chǎng)；在非磁性材料中，感應(yīng)電磁場(chǎng)僅與渦流有關(guān)；而對(duì)于永磁性材料，感應(yīng)電磁場(chǎng)將產(chǎn)生附加的交流磁化作用，其振幅 足以超過(guò)渦流場(chǎng)所引起的振幅，這些電磁現(xiàn)象與被 測(cè)材料的磁導(dǎo)率有緊密聯(lián)系。只要對(duì)磁場(chǎng)變化敏感的元件，如線圈、 霍耳元件等都可被用來(lái)作為渦流檢測(cè)的傳感器，但目前用得最多的是檢測(cè)線圈。 趨膚效應(yīng)決定了渦流無(wú)損檢測(cè)鋼板的厚度的最大值。渦流檢測(cè)是以材料電磁性能變化為判斷依據(jù)來(lái)對(duì)材料及構(gòu)件實(shí)施缺陷探 測(cè)和性能測(cè)試的一類檢測(cè)方法通稱為電磁法，其基本原理是以電磁學(xué)的理論為基礎(chǔ)的。 電橋電路有 較 高的靈敏度和抗干擾能力， 本設(shè)計(jì) 采用電橋電路 作 為 渦流傳感 的 檢測(cè)電路 。根據(jù)其用途和檢測(cè)對(duì)象的不同， 渦流傳感器的 外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 有所不同 。 Impedance analysis 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） III 目 錄 第一章 前言 ……………… ……………………………… …………………………… … 1 第 二 章 渦流檢測(cè)的原理 ……………… ……………………………………………… 2 渦流檢測(cè)原理 …………………………………………………………………… 2 導(dǎo)體中的電磁場(chǎng) ………………………………………………………………… 2 鋼板中的電磁場(chǎng) ………………………………………………………………… 3 鋼板電渦流檢測(cè)的 特征參數(shù) …… ……………………………………………… 4 鋼板電渦流檢測(cè)的 特征頻率 …………………………………… ……………… 5 第 三 章 渦流傳感器的阻抗分析法 ………………………………………………… 6 線圈的阻抗 ……………………………………………………………………… 6 影響阻抗變化的幾個(gè)主要參 … … ……………………………………………… 6 工件電導(dǎo)率對(duì)阻抗的影響 … ……………………………………………… 7 提離效應(yīng)對(duì)阻抗的影響 … ………………………………………………… 7 磁導(dǎo)率對(duì)阻抗的影響 ……………………………………………………… 7 試驗(yàn)頻率對(duì)阻抗的影響 …………………………………………………… 7 工件厚度對(duì)阻抗的影響 …………………………………………………… 8 探頭直徑阻抗的影響 … …………………………………………………… 8 第 四 章 鋼板渦 流 檢測(cè)的傳感器設(shè)計(jì) ……………… … ………………………… …… 9 渦流傳感器的分類 … ……………………………………………………………… 9 按檢測(cè)線圈輸出信號(hào)的不同分類 …… ……………………………………… 9 按檢測(cè)線圈和工件的相對(duì)位置分 類 … ……………………………………… 9 按線圈繞制方式分類 … …………………………………………………… 10 鋼板檢測(cè)線圈信號(hào)檢出電路設(shè)計(jì) … …… ………………………………… ……… 11 差動(dòng)電路 … … ……………………………………………………………… 12 電橋電路 … … ……………………………………………………………… 12 第五章 結(jié)論 … … …………………………… …………………………………………… 15 可行性分析 天 ………………………………………………………………… … 15 檢測(cè)性能的評(píng)價(jià) ………………………………………………………………… 18 靈敏度… … ………………………………………………………………… 18 穿透能力…………………………………………………………………… 18 檢測(cè)速度…………………………………………………………………… 18 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） IV 線性度……………………………………… … …………………………… 19 傳感器設(shè)計(jì)總結(jié)……………………… ………… … …………………………… 19 參考文獻(xiàn) …………… ……… … …………… ……………………………… … …………… 20 致 謝 …………………… ………………………………………… …………………… 21 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 1 第一章 前 言 渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，適用于導(dǎo)電材料。先介紹渦流檢測(cè)中涉及的電磁基本理論，對(duì)麥克斯韋方程組求解的有關(guān)問(wèn)題作某些說(shuō)明，并通 過(guò) 典型的物理模型來(lái)介紹求解電磁滲透方程的常用方法。 引起檢測(cè)線圈阻抗變化的直接原因是線圈中磁場(chǎng)的變化，所以，在對(duì)檢測(cè)線圈阻抗進(jìn)行分析時(shí)，首先要分析和計(jì)算工件放入檢測(cè)線圈后磁場(chǎng)的變化情況，然后得到檢測(cè)線圈阻抗的變化，才能對(duì)工件的各種因素進(jìn)行分析。 本文是 以渦流無(wú)損檢測(cè)的理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì) 渦流無(wú)損檢測(cè)在鋼 板檢測(cè) 中的傳感器為目的。當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，會(huì)影響渦流的強(qiáng)度和分布，并引起線圈電壓和阻抗的變化。 在這種情況下可以寫出波動(dòng)方程， HjjH )(2 ????? ??? （ ） 上式表明電磁波是以波的形式在運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體充滿經(jīng) x 0 的半無(wú)限空間， yz 平面過(guò)原點(diǎn)。 ? 稱為平面電磁場(chǎng)的滲 透 深度。 有效磁導(dǎo)率不是常數(shù)，而是與激勵(lì)頻率 f 及導(dǎo)體的半徑 a 、電導(dǎo)率 ? 、磁導(dǎo)率 ? 有關(guān)的變量，用 gf 表示。所以，線圈可以用電感、電容和電阻串聯(lián)的電路表示，如果常忽略線匝間分布的電容，線圈自身的復(fù)阻抗表示為 LjRZ ??? （ ） 圖 的電路中含有兩個(gè)相互耦合的線圈，若在原邊線圈通以交流電 1I ，在電磁感應(yīng)的作用下 ，在副邊線圈 2 中產(chǎn)生感應(yīng)電流；反過(guò)來(lái)，感應(yīng)電流又會(huì)影響原邊線圈中的電流和電壓的關(guān)系。 工件電導(dǎo)率對(duì)阻抗的影響 將檢測(cè)線圈放置于各種 不同電導(dǎo)率材料上，在其它條件均相同的情況下，由于材料的電導(dǎo)率不同，獲得的信號(hào)也是不同的。小直徑探頭阻抗隨著提離的變化比大直徑探頭還要大。 頻率增加，由于趨膚效應(yīng)，渦流局限在表面薄層中流動(dòng)。這是由于線圈直徑增加，增加了工件中的磁通密度，增大了渦 流值，相當(dāng)于電阻率的減小。一般地說(shuō)，渦流傳感器具有列基本結(jié)構(gòu)和功能。 這兩種型式的檢測(cè)線圈都可用在檢測(cè)鋼板上，各有各的優(yōu)點(diǎn)，看具體情況而選擇適合的型式。它適用于各種板材、帶材和大直徑管材、棒材的表面檢測(cè)，還能對(duì)形狀復(fù)雜的工件某一區(qū)域作局部檢測(cè)。其中一個(gè)線圈放置標(biāo)準(zhǔn)件（與被測(cè)試件具有相同材質(zhì)、 形式、尺寸且質(zhì)量完好 ） ，而另一個(gè)線圈中放置被檢試件。 絕對(duì)式探頭對(duì)影響渦流檢測(cè)的各種變化（如電阻率、磁導(dǎo)率以及被測(cè)材料的幾何形狀和缺陷等）均能作出反應(yīng)，而差動(dòng)式探頭給出的是材料相鄰部分的比較信號(hào)。受放大器動(dòng)態(tài)范圍的限制，放大器的輸出會(huì)產(chǎn)湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 12 生嚴(yán)重失真，從而得不到正確的檢測(cè)結(jié)果 。磁差式和電差式不同，它是由兩個(gè)激勵(lì)線圈和一個(gè)測(cè)量線圈組成。 電橋的平衡條件為 3241 ZZZZ ? （ ） 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 13 和 3241 ???? ??? （ ） 式中： Z 為阻抗的模， ? 為阻抗的幅角。而 11234 ??? ZZZZa ，即 ZZ ?1 、 43 ZZ ? 。 L1 L2R RAC放大器乘法器 低通濾波器放大器u1u2A1A2Us Uo 圖 實(shí)驗(yàn)分析總方框圖 設(shè)激勵(lì)信號(hào)是一正弦信號(hào) )cos(wtUu acAC ? 。 把 1A 與 2A 兩路通過(guò)放大的信號(hào)相乘 得到 sU 信號(hào)， sU 的波形圖如圖 。我用的是電橋電路檢測(cè)鋼板，所以電橋的靈敏度 就是檢測(cè) 傳感器的靈敏度。 ? 稱為平面電磁場(chǎng)的滲透深度。 L — 為電感量。為后面的信號(hào)處理提供理論基礎(chǔ)。 我 要感謝我的班主任 劉興旺 老師 與龍曉敏老師 以及在大學(xué)四年中給我們授課的所有老師們，是他們讓我學(xué)到了很多很多知識(shí)，讓我看到了世界的精彩，讓我學(xué)會(huì)了做人做事