【正文】 須犧牲靈敏度采用非常低的頻率，這時(shí)候它不可能檢測出細(xì)小的缺陷。同時(shí)，這個(gè)感生電流又通過互感的作用影響原邊線圈中電流與電壓的關(guān)系，這個(gè)影響可以用副邊線圈中的阻抗通過互感折 合到原邊線圈電路的折合阻抗來體現(xiàn)。在阻抗分析法的發(fā)展過程中，由于傅斯特的開拓性工 作和實(shí)用化資料的積累，在一般的實(shí)際應(yīng)用中，以傅斯特建立的阻抗分析法表述較為著稱 [1]。因此，利用渦流原理可以解決金屬材料探傷、測厚、分選等問題。 渦流檢測的發(fā)展方向與未來展望 渦流檢測探頭是檢測設(shè)備 的關(guān)鍵器件，目前，有關(guān)探頭設(shè)計(jì)的理論研究尚不充分，探頭的制作多是憑經(jīng)驗(yàn)或依據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。 傳感技術(shù)是檢測技術(shù)的關(guān)鍵，近年來人們在傳感器的數(shù)字模型、結(jié)構(gòu)、幾何尺寸自動優(yōu)化、特征值的測定、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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 渦流檢測技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 渦流檢 測的研究現(xiàn)狀 渦流檢測方法是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測方法，原則上說，所有與電磁感應(yīng)有關(guān)的影響因素，都可以作為渦流檢測方法的檢測對象。對于熟練地掌握 區(qū)別各類缺陷之間的不同點(diǎn)有一定的困難。主要是檢測鐵磁性材料的表面和近表面的缺陷。 列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行是靠及時(shí)的 檢修來保證的。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 在傳感器設(shè)計(jì)中，本文在分析和借鑒現(xiàn)有一些性能較好的探頭所采用的結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)修正，得到一種高性能的傳感器。 焊縫 ： 隨著無縫鋼軌的大量使用 ， 無縫鋼軌接頭焊縫的質(zhì)量以及鋼軌表面縱向裂紋、分層裂紋 等都得采取一定的手段得以保證。 射線檢測 (RT) 利用射線 (X 射線、 Y 射線、中子射線等 )穿過材料或工件時(shí)的強(qiáng)度衰減，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)稱為射線檢測。 渦流檢測 (ET) 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電材料在交變磁場作用下 將產(chǎn)生渦流，導(dǎo)電材料的表面層和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 近表面層的缺陷影響所產(chǎn)生渦流的大小和分布，因此，根據(jù)渦流的大小和分布可檢驗(yàn)存在的缺陷。與順問題不同，逆問題則是利用有限個(gè)場點(diǎn)的散射場強(qiáng)來確定缺陷媒質(zhì)及分布，起著由果推因的作用。其結(jié)構(gòu)為同軸排列若干線圈，線圈之間被屏蔽，使之獨(dú)立工作。由于超聲、射線屬內(nèi)部件檢測，對材料內(nèi)部深層和亞表面缺陷較為敏感，這正是渦流比較難檢測到的，而渦流對表面及近表面比較敏感，使它們能相互彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。不同材料以及交流電頻率不同時(shí)，在工件橫截面上的電流密度分布也有很大不同，而且按指數(shù)關(guān)系從表面向工件內(nèi)部衰減。 在相位上， UR 和電流 I 同相位，而電抗電壓 UL 較電流 I 超前 2　? 串連電路的交流阻抗可用總電壓對電流大小之比給出為 ： Z= IU0 =R+jXL 式（ ） 單個(gè)線圈阻抗向量圖如圖 23 所示。這樣一來，只要根據(jù)原邊電路中的這種阻抗變化就可以知道副邊線圈對 原邊線圈的效應(yīng)，從而推知副邊電路中的阻抗的變化。 當(dāng)采用放置式探頭線圈檢測工件時(shí)，檢測線圈放置于工件表面上，所以使用上式不合理，需要進(jìn)行修正。因?yàn)檫吘壭?yīng)的數(shù)值非常之大，這就限制了在零件邊緣附近進(jìn)行的檢查。有限元法是研究這一個(gè)方向的基本手段，目前取得了很大的進(jìn)展。然而對渦流檢測技術(shù)和技能器的重要改進(jìn) 仍需依賴于實(shí)驗(yàn)方法，大多數(shù)更為廣泛使用的探頭亦由此發(fā)展起來 [1]。 這些方法間必然存在相互交叉。 第二種分類法是根據(jù)對探頭性能變化分為： 阻抗方式 ； 發(fā)射 — 接收方式。 內(nèi)通式傳感器由環(huán)形線圈組成，用于檢測管子或圓孔的內(nèi)部?？s小 測量線圈尺寸只有通過用較小直徑的測量線圈磁芯和較細(xì)的漆包線 。 探頭參數(shù)、性能研究 線圈尺寸選取原則 激勵(lì)線圈相對于測量線圈的尺寸要足夠大 當(dāng)激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈大小可比時(shí)，則交變感應(yīng)電流所產(chǎn)生磁場的磁力線相對于 感應(yīng)線圈的方向是各 不相同的，即感應(yīng)線圈內(nèi)有大量取向各 異的磁力線穿過，這樣必然會嚴(yán)重影響對缺陷引起電流微弱擾動而導(dǎo)致 磁通變化的檢測 ； 如果激勵(lì)線圈相對于感應(yīng)線圈的尺寸足夠大，那么感應(yīng)電流相對于小尺寸的感應(yīng)線圈可近似視為沿單一方向直線流動，感應(yīng)線圈附近的磁力線方向亦近似趨于一致。 探頭分類的第三個(gè)重要方法是基于使用方法。線圈 僅能感應(yīng)出受檢材料的變化，因此差分式渦流傳感器被用于反應(yīng)受檢材料的變化情況，而抵消了同時(shí)作用于兩個(gè)線圈的噪聲和其它不需要的信號。此外，探頭響應(yīng)是對所進(jìn)行的檢測的完整模擬，這是極為重要的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 傳感器設(shè)計(jì)有三種基本方法。提離效應(yīng)可用貼近表面的探頭或多 頻檢測之類方法加以減小，同時(shí)，某些重要的渦流檢測依賴于提離效應(yīng)， 導(dǎo)電表面上非導(dǎo)電性包覆層厚度的測量和表面平整度的檢測就是這樣的兩種檢測。采用放置式探頭線圈進(jìn)行檢測時(shí)，可以用 渦流環(huán)的尺寸表示工件的尺寸。若 只是需 要檢測工件表面裂紋，則可采用高到幾兆赫茲的頻率。 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產(chǎn)生電流。 到目前為止，阻抗分析法仍然是渦流檢測中應(yīng)用最廣泛的一種方法。 影響渦流場的因素有很多，諸如探頭線圈與被測材料的耦合 程度，材料的形狀和尺寸、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、以及缺陷等等。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其集知識表示、存儲和計(jì)算功能的插值系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在渦流檢測定量化中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 傳感器 (檢測探頭 )技術(shù)研究。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。要求工件表面較光潔。 磁粉檢測 (MT) 利用被測材料磁化后損傷會改變磁力線的分布情況，顯現(xiàn)出這些損傷 。為了進(jìn)一步滿足社會發(fā)展的要求，我們在不斷提高列車速度的同時(shí)更重要的是保證它的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。并通過大量實(shí)驗(yàn)分析確定了各因素對傳感器一些性能的影響，為探頭線圈尺寸提供了優(yōu)化。這些對于車輛的安全穩(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)的檢測儀器，很難發(fā)現(xiàn)缺陷所在。射線主要檢測工件內(nèi)部的體積 型缺陷，比如孔、渣等，對平行于射線照射方向的有一定寬度的裂紋也可檢出。渦流檢測可檢測各種導(dǎo)電材料表面和近表面的缺陷，但檢測參數(shù)控制困難，檢測結(jié)果難于解釋。由于逆問題的復(fù)雜性，目前逆問題的理論基礎(chǔ)還不是非常堅(jiān)實(shí)，例如目標(biāo)函數(shù)的選取及其求解方法的確定都需要從理論上予以澄清。它的工作原理是首先對不同大小的線圈施以高頻檢查 ，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某種缺陷信號時(shí)，停止掃查并開始對各線圈以不同頻率檢測缺陷的深度。 研究將渦流場的分布和等效電路阻 抗有機(jī)結(jié)合的問題，渦流阻抗的變化實(shí)質(zhì)上是由試件中渦流場的分布和大小的變化所引起的，應(yīng)研究不同的場是如何影響阻抗的特性，阻抗特性是如何反映渦流場以及被測體測量特征的。在平面電磁波進(jìn)入半無窮大金屬導(dǎo)體的情況下，渦流的衰減公式如下 [2]： Jx =J0 ex ???f 式（ ） 式（ ） 中 ： J。 向量形成一個(gè)直角三角形，阻抗值的關(guān)系為 ： Z= 22 LXR ? ， tgθ = RXL 。 如果把副邊電阻 R2 從 ∞ 逐步減到零 (或是副邊感抗 X2 從零逐步增大到 ∞ )，便可以得到一系列相對應(yīng)的原邊回路中視在阻抗的兩個(gè)分量 R和 X(即ω L)的值。采用放置式探頭線圈時(shí)，由于探頭尺寸很小，可把工 件看作無限大平面。與提離不同，沒有什么辦法能消除邊緣效應(yīng)。近幾年， FT01ofn 等人將有限元法和遺傳算法結(jié)合，對傳感器的幾何參數(shù)和測量參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 渦流傳感器的解析型設(shè)計(jì)是按給定尺寸或要求計(jì)算線圈阻抗，或給出制造一個(gè)適 用的探頭所必需的阻抗、尺寸， 處理規(guī)定的線圈形狀和橫截面 (如矩形檢截面的圓形線圈 )，建立模型，并尋 求這一模型情況的表達(dá)式。實(shí)際上，傳感器可以通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)， 然后用解析方法或數(shù)值方法計(jì)算其各種參數(shù)。 在阻抗方式中，激勵(lì)線圈是監(jiān)測對象，即激勵(lì)線圈和測量線圈為同一線圈，也稱自感式測量，由線圈阻抗的變化反映工件上被測參數(shù)的變化。 放置式線圈，又稱點(diǎn)式線圈，是其中最廣泛使用的渦流探頭。由后面得知采用直徑為 測量線圈磁芯， 的漆包線來制作內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 測量線圈。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，采用此結(jié)構(gòu)能夠很好 的降低提離效應(yīng)，提高測試的精度，并且能反映裂紋的相對深度和裂紋的開口方向。 激勵(lì)線圈和測量線圈兩者分立時(shí)為互感式測量，由測量線圈中感生電壓的變化來反映工件上被測參數(shù)的變化。 差分式渦流 傳感器由一對反向連接的線圈組成，因此當(dāng)兩個(gè)線圈處于相同條件下時(shí)，所測得的阻抗或感應(yīng)電壓凈值相互抵銷。并且對 求解來說不需任何假設(shè)。設(shè)計(jì)者能通過改變線圈 形狀、橫截面、尺寸、結(jié)構(gòu) 和電源等參數(shù)來制造一種 特 定的傳感器，以適于特定用途或應(yīng)用范圍。在其它情況下，如大直徑探頭和叉式探頭這一效應(yīng)相對較小，提離在許多情況下會造成麻煩，通常被認(rèn)為是需要減小的一種效應(yīng)。所以，J 近似無限大的平面導(dǎo)體內(nèi)的渦流 絕大部分集中在這個(gè)渦流環(huán)內(nèi)。因此，在正常情況下，檢測頻率要選擇盡可能地高，只要在此頻率下仍能有必需的透入深度即可 。這種現(xiàn)象可以類似于線圈耦合 電路。因?yàn)樵陔姶挪ǖ膫鞑ミ^程中，相位延遲是與電磁信號進(jìn)入導(dǎo)體中的不同深度和折返來回所需的時(shí)間聯(lián)系在一起的。 I 1I 2σ 1σ 2eX 圖 21 渦流檢測的原理 檢測線圈的阻抗變化可用如下函數(shù)式來描述 ： Z=F(μ，σ ， x， i， n， f， r) 式中 Z一檢測線圈的阻抗 ； μ 一被測導(dǎo)體的導(dǎo)磁率 ； σ 一被測導(dǎo)體的導(dǎo)電率 ； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 x一檢測線圈與被測導(dǎo)體的距離 ； i一通過檢測線圈的激勵(lì)電流強(qiáng)度 ； n一與檢測線圈匝數(shù)、形狀、尺寸有關(guān)的因子 ； f一檢測線圈激勵(lì)電源的交變頻率 ； r 一與被測體幾何形狀、尺寸、缺陷狀況有關(guān)的尺寸因子。小波分析是現(xiàn)代信號處理的新技術(shù)，它的多尺度的特性在對無損檢測中信號的去噪和邊緣檢測具有相當(dāng)好的效果，為定量識別缺陷提供了依據(jù)。與這幾方面相對應(yīng)，渦流技術(shù)主要包括 ： 檢測探頭技術(shù) (傳感器技術(shù) )、測量參數(shù)的CAD 優(yōu)化技術(shù)、缺陷信號的處理技術(shù)以及顯示技術(shù) [9]。所以相比之下，渦流法對被檢工件表面及近表面缺陷檢測靈敏度高，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)境下也能開展檢測工作，特別適合于檢測 小尺寸物件、便于現(xiàn)場檢測等優(yōu)點(diǎn)。成本較低，工作效率較高，但對檢測操作人員有 相當(dāng)高的要求，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確與否，取決于檢測人員的水平。這五種方法在不同時(shí)期都發(fā)揮了重要的作用，但在檢測對象、適用范圍、檢測效果以及經(jīng)濟(jì)性等方面又各具特點(diǎn) [2]。 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 ） VII 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................V Abstract .................................................................................................................................... VI 第一章 緒 論 ............................................................................................................................ 1 課題研究的背景及意義 ............................................................................................. 1 無損檢測技術(shù) ........................................................................