【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 4 令 ?? jK ?? ，2????? ??，可見(jiàn)磁場(chǎng)由實(shí)部和虛部?jī)刹糠纸M成。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)。 可由磁場(chǎng)強(qiáng)度 zH 求出電流密度 yJ xjzy eHjJ? ? ?? ? ? 21021??? （ ） 設(shè)在 x =0 處電流密度為 yJ0 ，其值為zy HjJ 00 21 ? ????。可把式（ ）寫(xiě)成如下 ???210 jyy eJJ ?? （ ） 在式（ ）和式（ ）中令 ??x ,而且使 12 ??????，可求得 ? 的值為 ???? ??? f12 ?? （ ） 這時(shí)有 )1(0 jzz eHH ??? 、 )1(0 jyy eJJ ??? ，表明在半無(wú)限平面導(dǎo)體內(nèi) ??x 處，磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度的幅值均降至表面上對(duì)應(yīng)值的 1/e 倍，即 %。 ? 稱為平面電磁場(chǎng)的滲 透 深度。 已知 被檢測(cè)構(gòu)件的料質(zhì)、鋼板 的厚度 ，根據(jù)???? ??? f12 ??就能 確定激勵(lì)信號(hào)的頻率。 鋼板電渦流無(wú)檢測(cè)的 特征 參數(shù) 將頻率、探頭直徑和工件參數(shù)結(jié)合在一起以構(gòu)成一個(gè)特征參數(shù)，即 ???rc rP 2? （ ） 式中： ? — 電導(dǎo)率 ； r? — 相對(duì) 磁導(dǎo)率； r — 線圈的平均 半徑； ? — 角頻率。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 cP 變量描述了四個(gè)檢測(cè)參數(shù)對(duì)阻抗的影響。特征參數(shù)的用途在于它提供了一個(gè)模擬參數(shù)。 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)。 一般選擇探頭直徑和工作頻率，使的 10?cP ，當(dāng)我們知道被檢構(gòu)件就可以通過(guò)選擇頻率與探頭的大小使效果最佳。當(dāng)想對(duì)磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率已知的情況下，頻率與 探頭尺寸可根據(jù)式（ ）選擇 ??? rrf 22? （ ） 鋼板電渦流無(wú)檢測(cè)的 特征頻率 特征頻率是工件的固有特性，取決于工件的電磁特性和幾何尺寸。 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。 22 1 rfg ???? （ ） 式中： ? 是電導(dǎo)率， ? 是磁導(dǎo)率， r 是半徑。 在分析檢測(cè)線圈時(shí)阻抗時(shí)，常以 gff/ 作參數(shù)。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 6 第三章 渦流傳感器的 阻抗分析法 檢測(cè)信號(hào)來(lái)自檢測(cè)線圈的阻抗或次級(jí)線圈感應(yīng)電壓的變化。由于影響阻抗和電壓的因素很多，各因素的影響程度也不同，因此，從信號(hào)中提取信息并排除干擾信號(hào)，渦流檢測(cè)設(shè)備必須具備對(duì)干擾信號(hào)有抑制功能，以達(dá)到消除 干擾信號(hào)的目的。 陰抗分析法在渦流檢測(cè)中被廣泛應(yīng)。阻抗分析法是以分析渦流效應(yīng)引起線圈阻抗的變化及其相位之間的密切關(guān)系為基礎(chǔ)，從而鑒別各影響因素效應(yīng)的一種分析方法。 線圈的阻抗 簡(jiǎn)單線圈是由金屬導(dǎo)線繞成的單個(gè)線圈，線圈具有電感，同時(shí)導(dǎo)線之中存在電阻，各匝線圈之間有耦合電容。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。這種影響可以用副邊線圈中的阻抗通過(guò)互感折合到原邊線圈電路的折合阻抗來(lái)體現(xiàn)。 ACMT1RII12L1 L2 圖 互感電路 此時(shí)線圈 I的阻抗發(fā)生變化，其變化量用折合阻抗（ zzz XRZ ?? ）來(lái)表示，且有 222222 RXR XR Mz ?? ， 22222XR XX Mz ??? （ ） 式中 22 LX ?? ， MXM ?? ， 2R 為 2L 的等效電阻加上 R ,M 為耦合系數(shù) 。 折合阻抗與原邊線圈本身的阻抗之和稱為視在阻抗（ zzz XRZ ?? ），且有 1RRR zs ?? （ ） 1XXX zs ?? （ ） 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 7 式中， 1111 LjRXR ???? 為原邊線圈垢視在阻抗。 根據(jù)視在阻抗的概念，可認(rèn)為原邊電路中電流或電壓的變化，是由于電路中視在阻抗的變化所引起的。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。 影響阻抗變化的幾個(gè)主要參數(shù) 渦流檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、頻率、缺陷類型以工件厚度的變化都會(huì)引起阻抗的變化，其變化方向各不相同。因此，可采用相位分 離法將需要檢測(cè)的因素與干擾因素分離開(kāi)來(lái)。 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。隨著電導(dǎo)率的增加，阻抗值將減小，即電導(dǎo)率與阻 抗成反比。 提離效應(yīng)對(duì)阻抗的影響 應(yīng)用點(diǎn)式線圈檢測(cè)時(shí)，線圈與工件之間的距離變化，會(huì)引起檢測(cè)線圈阻抗變化，這種距離影響稱為提離效應(yīng)。 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，當(dāng) 線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離 x改變時(shí)，電渦流密度也發(fā)生變化，即電渦流強(qiáng)度隨距離 x 的變化而變化。根據(jù)線圈與導(dǎo)體系統(tǒng)的電磁作用，可以得到金屬導(dǎo)體表面的電渦流強(qiáng)度為 )1(2212 asrxxII ??? （ ） 式中： 1I — 線圈激勵(lì)電流； 2I — 金屬導(dǎo)體中等效電流； x — 線圈到金屬導(dǎo)體表面距離； asr — 線圈外徑。 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。同時(shí)對(duì)阻抗也有影響。 小的提離會(huì)產(chǎn)生大的阻抗變化，這是由于改變提離時(shí)，工件中的磁通密度改變很大。小直徑探頭阻抗隨著提離的變化比大直徑探頭還要大。渦流檢測(cè)中提離效應(yīng) 影響很大，必須適當(dāng)?shù)挠枰砸种啤? 磁導(dǎo)率對(duì)阻抗的影響 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 8 非鐵磁性材料相對(duì)磁導(dǎo)率為常數(shù)， 1?r? ，不影響阻抗。但是鐵磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率 r? 遠(yuǎn)大于 1，對(duì)阻抗的影響顯著，高磁導(dǎo)率材料的檢測(cè)時(shí)，磁導(dǎo)率不是常數(shù)，微小的磁導(dǎo)率的變化都會(huì)引起很大的噪聲，即使檢測(cè)裂紋也很困難，為了消除磁導(dǎo)率的影響 ，需要磁化裝置將被檢區(qū)磁化到飽和，從而使磁導(dǎo)率變化至常數(shù)，減小磁導(dǎo)率變化的影響。 試驗(yàn)頻率對(duì)阻抗的影響 頻率和電導(dǎo)率效應(yīng)在阻抗上的影響是一致的。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。 gff/ 一般取值范圍為 10 gff/ 40。如果 gff/ 選得過(guò)小，則電導(dǎo)率變化方向與直徑變化方向的夾角很小，采用相位分離法難以分離；但也不宜選擇過(guò)高。 頻率增加，由于趨膚效應(yīng)，渦流局限在表面薄層中流動(dòng)。渦流引起的阻抗主要由電阻組成，而電阻依賴于工件的溫度和線圈的溫度，即溫度的變化會(huì)對(duì)檢測(cè)帶來(lái)影響。所以希望工作 頻率 選擇在 20～ 200KHz 的范圍內(nèi)。 工件厚度對(duì)阻抗的影響 當(dāng)工件變薄時(shí)，線圈電阻分量增加，電抗分量也增加，阻抗值將會(huì)變大。這一點(diǎn)和電阻率增大的結(jié)果是類似的。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 。 探頭直徑阻抗的影響 線圈與導(dǎo)體產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距離 x 的函數(shù)，又是沿線圈半徑方向 r 函數(shù)。當(dāng) x 定時(shí)， 線圈直徑增加，阻抗值 將減小 ， 類似于頻率的增加。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。要想選擇最佳檢測(cè)工作點(diǎn)，對(duì)于一定的材料，可以通過(guò)改變頻率使工作點(diǎn)移動(dòng)；如果頻率不宜改變，便可借助直徑的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)的移動(dòng)。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 第四章 鋼板 渦流檢測(cè) 的傳感器 設(shè)計(jì) 渦流傳感器又稱渦流檢測(cè)線圈（探頭）。在渦流檢測(cè)中，工件的情況是通過(guò)渦流傳感器的變化反映出來(lái)的。只要對(duì)磁場(chǎng)變化敏感謝的無(wú)元件，如線圈、霍耳元件、磁敏二極管 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。 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。渦流 傳感器的激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈可以是功能不同的兩個(gè)線圈，也可以是同一線圈具有激勵(lì)和檢測(cè)兩種功能。因此在不需要區(qū)分線圈的功能時(shí)，通常把激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈統(tǒng)稱為檢測(cè)線圈，或稱為渦流傳感器。一般地說(shuō)，渦流傳感器具有列基本結(jié)構(gòu)和功能。 基本結(jié)構(gòu)：渦流傳感器根據(jù)其用途和檢測(cè)對(duì)象的不同，其外觀