【文章內(nèi)容簡介】 分析法在渦流檢測中被廣泛應(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 簡單線圈是由金屬導(dǎo)線繞成的單個線圈，線圈具有電感，同時導(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；反過來，感應(yīng)電流又會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互感折合到原邊線圈電路的折合阻抗來體現(xiàn)。 ACMT1RII12L1 L2 圖 互感電路 此時線圈 I的阻抗發(fā)生變化，其變化量用折合阻抗（ zzz XRZ ?? ）來表示，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主要參數(shù) 渦流檢測在實(shí)際應(yīng)用時，電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、頻率、缺陷類型以工件厚度的變化都會引起阻抗的變化，其變化方向各不相同。因此，可采用相位分 離法將需要檢測的因素與干擾因素分離開來。 工件電導(dǎo)率對阻抗的影響 將檢測線圈放置于各種 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)對阻抗的影響 應(yīng)用點(diǎn)式線圈檢測時，線圈與工件之間的距離變化，會引起檢測線圈阻抗變化，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，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。同時對阻抗也有影響。 小的提離會產(chǎn)生大的 阻抗變化，這是由于改變提離時，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磁導(dǎo)率 r? 遠(yuǎn)大于 1，對阻抗的影響顯著，高磁導(dǎo)率材料的檢測時，磁導(dǎo)率不是常數(shù)，微小的磁導(dǎo)率的變化都會引起很大的噪聲，即使檢測裂紋也很困難，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；但也不宜選擇過高。 頻率增加，由于趨膚效應(yīng)，渦流局限在表面薄層中流動。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，即溫度的變化會對檢測帶來影響。所以希望工作 頻率 選擇在 20～ 200KHz 的范圍內(nèi)。 工件厚度對阻抗的影響 當(dāng)工件變薄時，線圈電阻分量增加，電抗分量也增加，阻抗值將會變大。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， 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。要想選擇最佳檢測工作點(diǎn)，對于一定的材料，可以通過改變頻率使工作點(diǎn)移動；如果頻率不宜改變，便可借助直徑的改變來實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)的移動。 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 的傳感器 設(shè)計(jì) 渦流傳感器又稱渦流檢測線圈（探頭）。在渦流檢測中，工件的情況是通過渦流傳感器的變化反映出來的。只要對磁場變化敏感謝的無元件，如線圈、霍耳元件、磁敏二極管 等都可被用來作為渦流檢測的傳感器，但目前用得最多的是檢測線圈。 根據(jù)渦流檢測原理，傳感器首先需要一個激線圈，以便交變電流通過 并在周圍及受檢工件內(nèi)激勵形成電磁場；同時，為了把在電磁場 作用下反映工件各種特征的信號檢 測 出來，還需要一個檢測線圈。渦流 傳感器的激勵線圈和檢測線圈可以是功能不同的兩個線圈，也可以是同一線圈具有激勵和檢測兩種功能。因此在不需要區(qū)分線圈的功能時，通常把激勵線圈和檢測線圈統(tǒng)稱為檢測線圈，或稱為渦流傳感器。一般地說，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)其用途和檢測對象的不同，其外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 各不相同，類型繁多。但是，不管什么類型的傳感器其結(jié)構(gòu)總是由激勵繞組、檢測繞組及其支架和外殼組成，有些還有磁芯、磁飽和器等。 功能：渦流傳感器的功能有三種：其一，激 勵形成渦流的功能，即能在被檢工件中建立一個交變電磁場，使工件產(chǎn)生渦流的功能； 其二，檢取所需信號的功能，即檢測獲取工件質(zhì)量情況的信號并把信號送給儀器分析評價；其三，抗干擾的功能，即要求渦流傳感謝器具有抑制各種不需要信號的能力，如探傷時要抑制直徑、壁厚變化引起的信號，而測量壁厚時，要求抑制傷痕引起的信號等。 渦流傳感器的分類 要設(shè)計(jì)傳感器先分析一下渦流傳感器的分類，再分析鋼板適用于哪種類型傳感器。渦流傳感器種類繁多，常見的分類方法有以下幾種： 按檢測線圈輸出信號的不同分類 可分為參量式和變 壓器式兩種。參量式 線圈輸出的信號是線圈阻抗的變化，一般它既是產(chǎn)生激勵磁場的線圈，又是拾取工件渦流信號的線圈，所以又叫自感式線圈。 變壓器式線圈，輸出的是線圈上的感應(yīng)電壓信號，一般由兩組線圈構(gòu)成，一個專用于產(chǎn)生交變磁場的激勵線圈，另一個用于拾取渦流信號的線圈，雙叫互感式線圈。 這兩種型式的檢測線圈都可用在檢測鋼板上，各有各的優(yōu)點(diǎn)，看具體情況而選擇適合的型式。 按檢測線圈和工件的相對位置分類 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 10 按檢測線圈和工件的相對位置分類可分為外穿過式線圈、內(nèi)穿式線圈和放置式線圈三類。 （ 1） 外穿過式線圈 外穿過式線圈，是將 工件插入并通過線圈內(nèi)部進(jìn)行檢測。它能檢測管材、棒材、線材等，可以從線圈內(nèi)部通過的導(dǎo)電試件。 由于采用穿過式線圈，容易實(shí)現(xiàn)渦流探傷的批量、高速檢驗(yàn)，且易實(shí)現(xiàn)自動化檢測，因此廣泛地應(yīng)用于小直徑的管材、棒材、線材試件的表面質(zhì)量檢測。 （ 2） 內(nèi)通過式線圈 內(nèi)通過式線圈，在對管件進(jìn)行檢驗(yàn)中，有時必須把探頭放入管子的內(nèi)部，這種插入試件內(nèi)部進(jìn)行檢測的探索頭稱為內(nèi)通過式探頭，也叫內(nèi)穿式線圈 ，它適用于冷凝器管道的在役檢測。 （ 3） 放置式線圈 放置式線圈，又稱點(diǎn)式線圈或探頭，在探傷時，把線圈放置于被檢測工件表面進(jìn)行檢驗(yàn)。這種線圈體積小，線圈 內(nèi)部一般帶有磁芯，因此具有磁場聚焦的性質(zhì) 、靈敏度高。它適用于各種板材、帶材和大直徑管材、棒材的表面檢測，還能對形狀復(fù)雜的工件某一區(qū)域作局部檢測。 按線圈繞制方式分類 按線圈繞制方式分類可分為絕對式、標(biāo)準(zhǔn)比較式和自比較式三種。 只有一個檢測線圈工作的方式稱絕對式，使用兩個線圈進(jìn)行反接的方式稱差動式。差動式按試件的放置形式不同又有標(biāo)準(zhǔn)比較式和自比較式兩種。 （ 1） 絕對式，直接測量線圈 阻抗的變化，在檢測時可用標(biāo)準(zhǔn)試件放入線圈，調(diào)整儀器，使信號輸出為零，再將被試工件放入線圈，若仍無輸出， 表示試件和標(biāo)準(zhǔn)試件的有關(guān) 參數(shù)相同。若 有輸出，則依據(jù)檢測目的不同，分別判斷 引起線圈阻抗變化的原因是裂紋還是其 他因素。這種工作方式可用于材質(zhì)的分選和測厚，又可進(jìn)探傷。 （ 2） 標(biāo)準(zhǔn)比較式，是典型的差動式渦流檢測，采用兩個檢測線圈反向連接成為差動形式。其中一個線圈放置標(biāo)準(zhǔn)件（與被測試件具有相同材質(zhì)、 形式、尺寸且質(zhì)量完好 ） ，而另一個線圈中放置被檢試件。由于這兩個線圈接成差動形式，當(dāng)被檢試件質(zhì)量不同于標(biāo)準(zhǔn)試件（如存在裂紋）時，檢測線圈就有信號輸出，因而實(shí)現(xiàn)對試件的檢測目的。 （ 3） 自比較式，是標(biāo)準(zhǔn)比較式的特例。采用同一檢測試件的不同部分作為比較標(biāo)湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 11 準(zhǔn)， 稱為 自比較式。兩個相鄰 安置的線圈，同時對同一試件相鄰部位進(jìn)行檢測時，該檢測部位的物理 性能及幾何參數(shù)變化通常是比較小的，對線圈阻抗影響也比較 小 ，當(dāng)線圈經(jīng)過缺陷時將輸出相應(yīng)急劇變化的信號，且第一個線圈或第二個線圈分別經(jīng)過同一缺陷時所形成的渦流信號方向相反。 渦流檢測線圈也可接成各種 電 橋形式?，F(xiàn)代通用的渦流檢測 儀使用頻率可變的激勵電源和一交流電橋相連，測量因缺陷產(chǎn)生的微小阻抗變化電橋式儀器一般采用有兩個線圈的探頭。兩個線圈設(shè)置在電橋相鄰橋臂上，如果探頭僅有一個檢測線圈和一個參考線圈 ，那它就是絕對式探頭，如果探頭的兩個 線圈同時對所要探傷的材料進(jìn)行檢測，則屬差動探頭。 絕對式探頭對影響渦流檢測的各種變化（如電阻率、磁導(dǎo)率以及被測材料的幾何形狀和缺陷等）均能作出反應(yīng)，而差動