【文章內(nèi)容簡介】 源，另一對角線接指示器，當(dāng)電壓 U1=U2時， C、 D兩點(diǎn)電位相等， CD間沒有電流流過，電橋處于平衡狀態(tài)，指示器指針不擺動。激勵 U1≠U2時平衡被破壞， C、 D間有電壓存在，指示器的指針由于 CD間有電流流過而偏轉(zhuǎn)。 電橋的平衡條件為： ZA1ZA4=ZA2ZA3 （ 341） 和 （ 342） 式中， ZA是阻抗的模； ψ是阻抗的幅角。 3241 ???? ???可以采用的電橋電路的型式有很多種。如圖 3411所示。一般按使用方式分為兩類：即自感式（如圖 3411a和 b）和互感式（如圖 3411c和 d）。 C Z3 Z2 Z1 ~ D Z4 ~ ~ ~ a) b) c) d) 圖 3411 幾種常用電橋電路 渦流檢測儀器 1 渦流檢測儀器的基本組成 以渦流探傷儀為例，圖 3413是最基本的渦流探傷儀器原理圖。 常用的比較典型的 渦流探傷儀 有以下兩種。一種是常用于管、棒、絲材探傷的渦流探傷儀器。其原理如圖 3414所示。 圖 3413 渦流檢測系統(tǒng)的基本組成 振蕩器 電壓表 探頭 裂紋 探頭移動 工件 振蕩器 自動平衡 電 橋 探 頭 移 相 器 放 大 器 相 敏 檢 波 器 濾 波 器 記 錄 儀 幅度鑒別 顯 示 器 圖 3414 管材渦流檢測模式圖 另一類儀器是以阻抗的全面分析為基礎(chǔ)的，所以又稱為 阻抗分析儀 。其基本結(jié)構(gòu)和原理如圖 3415所示。 信號發(fā)生 檢測探頭 數(shù)字式相位旋轉(zhuǎn) 計 算 機(jī) 系 統(tǒng) 前置放大 、 相敏檢波 平 衡 濾 波 可調(diào)增益放大器 喇 叭 報 警 鍵 盤 打印機(jī) CRT 圖 3415 渦流阻抗平面分析系統(tǒng)模式圖 2 渦流檢測儀器的基本電路 l）電橋 大多數(shù)渦流儀器采用交流電橋來測量線圈之間或者線圈和參考線圈之間的微小阻抗變化。圖 3416是渦流儀器中典型的電橋線路。圖 3417是裂紋檢測儀的電橋電路。近年來，自動平衡技術(shù)（包括機(jī)械式和電子式）得到了越來越多的應(yīng)用，這樣，電橋就可以借助伺服電動機(jī)或電子線路實(shí)現(xiàn)自動平衡。 檢測 線圈 參考 線圈 AC 圖 3416 典型的電橋電纜示意圖 U0 R1 V R2 探頭電阻 ~ 探頭 圖 3417 裂紋檢測儀電橋電路圖 工件 可變電阻 R1 增益 U0 振蕩器 R5 R4 R3 2）移相器 在前面已提到，檢測時儀器參數(shù)或工件諸因素的變化將引起阻抗變化，這一特征有利于在渦流檢測中區(qū)別不同的參數(shù)，選擇需要的檢測參數(shù)。這在渦流檢測儀中是通過相敏檢波來實(shí)現(xiàn)的。要進(jìn)行相敏檢波，需要有一個可供選擇的參考相位，這一點(diǎn)是通過移相器來實(shí)現(xiàn)的。 圖 3418所示一個最簡單的移相電路，它能把一個已知的電壓相位移動 90度。 R U0 θ Ui C U0 Ui 圖 3418簡單的移相電路 3）相敏檢波器 圖 3420是常用的相敏檢波電路。圖 3421a采用場效應(yīng)管作為開關(guān)元件，圖 3421b則采用二極管，前者為半波檢波，后者為全波檢波，效率較高。電路中電容 C作平滑濾波用。 控制信號是一方波，如圖 3421所示，正半周時，開關(guān)接通。圖 3421a表示控制信號輸入同相，輸出信號如圖中陰影所示。圖 3421b表示輸入信號和控制信號相差 90176。的情況，這時輸出電壓（陰影所示）正相和負(fù)相對稱， 互相抵消，輸出為零。如果控制信號和輸入信號相位差在 0到 90176。 之間，輸出從最大逐漸減小直到零。只要選擇控制信號和干擾信號相差 90176。 進(jìn)行檢波，就能在輸出信號中消除干擾信號而保留有用信號，這就是采用相敏檢。 Ud 控制信號 Ui Ui 控制信號 b) 圖 3420 相敏檢波電路實(shí)例 0 0 a) 0 0 控制信號 Ui Ud 通 通 通 斷 斷 斷 b) 控制信號 Ui Ud 通 通 通 斷 斷 斷 圖 3421 相敏檢波器原理 4）幅度鑒別器 在經(jīng)過相位分析和頻率分析以后，除了有用信號以外，還伴有被檢測信號同一數(shù)量級的雜波干擾信號，見圖 3422a。這些雜波的存在會給缺陷信號的觀察帶來很大的不便。利用幅度鑒別器，即限幅器，建立一個鑒別電平，這樣，在此電平以下的噪聲信號都除掉了，提高了信噪比（見圖 3422b）。 缺陷信號 鑒別電平 t a) b) t 圖 3422 幅度鑒別抑制干擾 5）提離效應(yīng)抑制電路 提離效應(yīng)的抑制方法很多，在渦流儀中常用的有以下兩種： ① 諧振電路法 根據(jù)歐姆定律，在 R、 L、 C串聯(lián)電路中（見圖 3424），電路的電流與電容上的電壓有關(guān)，其大小和電路中流過的電流成正比。 a) 電路圖 C E0 Ek K ωL U0 試件 b 0 ωL B A Δω φ R b) 矢量圖 圖 3424 諧振電路法工作原理 ② 不平衡電橋法 a 電路圖 R L C R0 ～ 0 r 0 0 0′ 0 U3 b 電壓矢量圖 圖 3426 不平衡電橋電路 ① ② 利用不平衡電橋法抑制提離效應(yīng)的原理如圖 3426所示。檢測線圈兩端的輸出電壓為 U ，由于受提離的影響，電壓 U 將沿圓?、僮儎?，而裂紋的存在使電壓 U 沿圓?、谧儎?。 如果電橋輸出電壓 0 rU U U??，設(shè)法調(diào)節(jié)電橋，使電橋輸出電 壓的始點(diǎn)為 O? 點(diǎn)，它位于圓?、俚闹行?， 這樣，電橋輸出 電壓 0U 的幅值不隨提離的變化而改變，但卻受缺陷存在 的影響，因而可以抑制提離效應(yīng)的干擾，提取缺陷存在的有用信息。 6）殘余電壓補(bǔ)償電路 渦流儀在采用差動電路作信號檢出電路時，由于檢測線圈不可能嚴(yán)格對稱，在采用差動線圈作信號檢出電路的渦流儀中，通常都裝有消除殘余電壓干擾的補(bǔ)償器。圖 3428為一種常用的殘余電壓補(bǔ)償器的工作理。 圖 3428 殘余電壓補(bǔ)償器工作原理 圖 b) 電路圖 R L4 L2 L1 C L3 a) 矢量圖 A UL UR ωL （ UL） 但是，這種 補(bǔ)償器需要操作人員手工調(diào)節(jié)，操作復(fù)雜，檢測精度也不高。 在現(xiàn)代渦流儀中也采用了多種型式的自動平衡調(diào)節(jié)裝置。圖 3429就是一種全集成電路組成的自動平衡調(diào)節(jié)裝置的原理方框圖。其工作波形如圖 3430所示。 RL??圖 3429 自動平衡調(diào)零原理方框圖 b) 有缺陷信號 a) 無缺陷信號 輸出 放大器 Ⅱ 放大器 Ⅰ 輸入 圖 3430 自動平衡調(diào)零波形圖 輸出 放大器 Ⅱ 探頭 減法器 雙向 限幅器 放大器 Ⅰ 7）相位放大器 為了提高遠(yuǎn)場渦流檢測的靈敏度，有必要對相位進(jìn)行放大。相位放大的功能可以采用數(shù)字電路結(jié)合軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。 8）濾波器 渦流檢測過程中常常受到各種干擾因素的影響。這些干擾信號需經(jīng)濾波器予以濾除。儀器的濾波功能可用硬件完成以外，也可用軟件的方法 —— 數(shù)字濾波程序來實(shí)現(xiàn)。 9）顯示器和記錄裝置 顯示器是用來顯示經(jīng)過放大和處理后的檢測信號，提供檢測結(jié)果。目前，用于渦流檢測系統(tǒng)的顯示器主要有指針式電表、數(shù)字顯示器、示波器等。 3 渦流檢測設(shè)備智能化 智能渦流測體系結(jié)構(gòu)如圖 3439所示，系統(tǒng)功能及其特點(diǎn)如下： l）管理系統(tǒng) 管理系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制和調(diào)度。 2）智能分析系統(tǒng) 智能分析系統(tǒng)是系統(tǒng)完成渦流無損評價的軟件包，其包含信號的時域分析、頻譜分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、平面阻抗分析、三維圖像分析等多種信號分析處理程序，具有多種推理模式的智能推理機(jī)。 規(guī)則庫 系統(tǒng)參數(shù)庫 參數(shù)調(diào)整 管 理 系 統(tǒng) 自學(xué)習(xí)系統(tǒng) 智能分析系統(tǒng) 幫助系統(tǒng) 儀器硬件 檢測系統(tǒng) 數(shù)據(jù) 庫 圖 3439 智能化渦流檢測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 3）自學(xué)習(xí)系統(tǒng) 自學(xué)習(xí)功能是智能系統(tǒng)的一個重要方面。它可以在檢測、評價的實(shí)際工作中不斷完善和充實(shí)自己的知識庫，不斷提高系統(tǒng)檢測的靈敏度和無損評價的準(zhǔn)確度。 4）檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)是直接驅(qū)動儀器硬件系統(tǒng)完成信號采集、轉(zhuǎn)換與存儲的軟件系統(tǒng)，它可根據(jù)不同的檢測任務(wù)，采用最佳的控制參數(shù)和控制程序?qū)崿F(xiàn)渦流檢測，并實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的顯示報警、打標(biāo)及分選等控制。 5）幫助系統(tǒng) 幫助系統(tǒng)指導(dǎo)用戶正確操作檢測系統(tǒng)，包括探頭的正確安裝、信號線的聯(lián)接方法、各種外部設(shè)備的安裝與使用等。 6）知識庫 智能系統(tǒng)的功能強(qiáng)弱，在很大程度上取決于系統(tǒng)知識庫的容量和推理機(jī)制。 在渦流檢測中，主要應(yīng)用微型計算機(jī)的數(shù)控功能，數(shù)據(jù)存儲和處理功能。渦流技術(shù)與電腦技術(shù)相結(jié)合模式圖見圖 3440。 計 算 機(jī) 系 統(tǒng) A/D 混 合 單 元 A/D 可調(diào)增益放大器 平 衡 濾 波 前置放大相敏檢波 數(shù)字式相位旋轉(zhuǎn) 檢 測 探 頭 波 形 發(fā) 生 F1 F2 F3 F4 可調(diào)增益放大器 平 衡 濾 波 前置放大相敏檢波 數(shù)字式相位旋轉(zhuǎn) CRT 打印機(jī) 喇叭 延時打標(biāo)單元 硬件報警單元 鍵 盤 圖 3440 渦流技術(shù)與電腦技術(shù)相結(jié)合模式圖 渦流技術(shù)智能化的特點(diǎn)如下： ①增強(qiáng)抗干擾能力，提高信噪比：由于噪聲一般是隨機(jī)的，而信號則是有序的，因此可以通過算術(shù)平均值法、滑動平均值法（包括中值濾波）和一階滯后濾波等程序進(jìn)行相關(guān)處理，平均處理以排除噪聲。 ②檢測精度高、速度快：其精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)儀器檢測結(jié)果，并可根據(jù)預(yù)設(shè)置的程序進(jìn)行高速運(yùn)算。 ③客觀、全面地采集、存儲和分析數(shù)據(jù)：可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理和后處理，對信號進(jìn)行時域分析，頻域分析或圖像分析處理。 ④記錄和存檔：微機(jī)系統(tǒng)可存儲和記錄檢測的原始信號和檢測結(jié)果。 ⑤可編程性：計算機(jī)化渦流儀的性能和功能的最優(yōu)化程度取決于是否有高級軟件系統(tǒng)的支持。 數(shù)控操作：將預(yù)先編好的操作程序存入機(jī)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，數(shù)控操作；并可根據(jù)需要進(jìn)行自動調(diào)整各種參變量，使儀器處于最佳檢測狀態(tài)。 （ l）渦流檢測的數(shù)控操作 智能化渦流儀的核心是計算機(jī)。計算機(jī)通過總線及接口與其它各組件連接，實(shí)現(xiàn)功能選擇、量程選擇、數(shù)據(jù)傳輸和處理。 l）鍵盤操作、人機(jī)對話 2）數(shù)據(jù)采集 3）數(shù)據(jù)傳輸 4）自檢測 5）檢測過程自動化 （ 2）渦流檢測的數(shù)據(jù)處理 微機(jī)的另一功能是在控制器的控制下完成各種算術(shù)或邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理功能。在檢測技術(shù)中常用到的數(shù)據(jù)處理功能有：常規(guī)運(yùn)算、消除系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計運(yùn)算等。 l）常規(guī)運(yùn)算 常規(guī)運(yùn)算功能包括求偏移 、乘 、比例運(yùn)算 A:B或極值等。 ??? XR CXR?YZX?① 偏移運(yùn)算 ??? XR 偏移 在檢測中滿足這一數(shù)學(xué)模型的檢測結(jié)果絕對誤差的計算等。 ② 乘運(yùn)算 乘式 XCR ?? 中， X表示測量值； C為常