【正文】 也為我在專業(yè)學(xué)習(xí)中指明的方向。 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。 我要感謝我的導(dǎo)師 廖亦凡 老師。為后面的信號(hào)處理提供理論基礎(chǔ)。 傳感器 設(shè)計(jì) 總結(jié) 鋼板無(wú)損檢測(cè)傳感器的作用是把 鋼板的質(zhì)量狀態(tài)情況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。 L — 為電感量。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 19 線性度 線性度是指檢測(cè)線圈對(duì)深度不同的缺陷的檢測(cè)，阻抗的大小與缺陷 深度之間的關(guān)系是不是成比例關(guān)系。 ? 稱為平面電磁場(chǎng)的滲透深度。 穿透能力 穿透能力是指檢測(cè)線圈對(duì)試件內(nèi)部缺陷檢測(cè)的能力，能檢測(cè)的缺陷在試件內(nèi)部的位置越深，說(shuō)明檢測(cè)線圈的穿透能力越大。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。如果 ?? 是一個(gè)常數(shù) oU 就是一直流信號(hào)。 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 。 設(shè) 兩個(gè)傳感器接 近鋼板 時(shí)， L1 下的 鋼板有 質(zhì)量問(wèn) 題，則 )c o s (1 ?? ???? wtUu m 、)co s(2 ??? wtUu m ， 1u 與 2u 波形如圖 所示。 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 ? 。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，為了在一定的檢測(cè)范圍內(nèi)獲取較高的靈敏度，一般并不選擇諧振，而讓電橋電路處于稍失諧的工作狀態(tài)。而 11234 ??? ZZZZa ，即 ZZ ?1 、 43 ZZ ? 。理論上，隨著激勵(lì)電源電壓升高，電橋電路的靈敏度 會(huì)提高，但實(shí)際上采用的電源電壓要適中，因?yàn)榧?lì)電源電壓過(guò)高，不僅調(diào)整困難而且容易使線圈發(fā)熱產(chǎn)生許多干擾雜波，甚至?xí)咕€圈中的磁心形成磁飽和，反而降低線圈的靈敏度。 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。 ~*輸出 ~輸出 圖 電差式 檢測(cè)線圈 圖 磁差式 檢測(cè)線圈 電橋電路 電橋電路的渦流檢測(cè)儀常用的另一種信號(hào)檢出電路。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。如圖 。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 。 表 絕對(duì)式探頭和差動(dòng)式探頭比較 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 絕對(duì)式探頭 ① 對(duì)材料性能或形狀的突變或 緩變均能作出反應(yīng) ② 混合信號(hào)較易區(qū)分出來(lái) ③ 顯示缺陷的整個(gè)長(zhǎng)度 ①溫度不穩(wěn)定時(shí)易發(fā)生漂移 ② 對(duì)探頭的顫動(dòng)比差動(dòng)式敏感 差動(dòng)式探頭 ① 不會(huì)因溫度不穩(wěn)定而引起漂移 ② 對(duì)探頭顫 動(dòng)的敏感度比絕對(duì)式低 ①對(duì)平緩變化不敏感，即長(zhǎng)而平緩的缺陷可能漏檢 ②只能探出長(zhǎng)缺陷的終點(diǎn)和始點(diǎn) ③可能產(chǎn)生難以 解 釋的信號(hào) 鋼板檢測(cè)線圈信號(hào)檢出電路設(shè)計(jì) 在渦流檢測(cè)線圈的輸出信號(hào)中，反映待測(cè)信 息的是線圈感應(yīng)電壓的變化量（即線圈阻抗的變化量）。 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)。兩個(gè)相鄰 安置的線圈，同時(shí)對(duì)同一試件相鄰部位進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，該檢測(cè)部位的物理 性能及幾何參數(shù)變化通常是比較小的，對(duì)線圈阻抗影響也比較 小 ，當(dāng)線圈經(jīng)過(guò)缺陷時(shí)將輸出相應(yīng)急劇變化的信號(hào)，且第一個(gè)線圈或第二個(gè)線圈分別經(jīng)過(guò)同一缺陷時(shí)所形成的渦流信號(hào)方向相反。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。 （ 1） 絕對(duì)式，直接測(cè)量線圈 阻抗的變化，在檢測(cè)時(shí)可用標(biāo)準(zhǔn)試件放入線圈，調(diào)整儀器，使信號(hào)輸出為零，再將被試工件放入線圈，若仍無(wú)輸出， 表示試 件和標(biāo)準(zhǔn)試件的有關(guān)參數(shù)相同。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)。 由于采用穿過(guò)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(dòng)化檢測(cè)，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(cè)。 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。 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。一般地說(shuō)，渦流傳感器具有列基本結(jié)構(gòu)和功能。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。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。這一點(diǎn)和電阻率增大的結(jié)果是類似的。 頻率增加，由于趨膚效應(yīng)，渦流局限在表面薄層中流動(dòng)。 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。小直徑探頭阻抗隨著提離的變化比大直徑探頭還要大。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。 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。 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。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。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。 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。特征參數(shù)的用途在于它提供了一個(gè)模擬參數(shù)。 ? 稱為平面電磁場(chǎng)的滲 透 深度。因此，磁場(chǎng)為 xjzz eHH ???210 ??? （ ） 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????? ??，可見磁場(chǎng)由實(shí)部和虛部?jī)刹糠纸M成。 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)。至于在實(shí)際上遇到的具有不規(guī)則邊界問(wèn)題的模型，往往難于，甚至沒有可能列出或者求解該特定情況的定解問(wèn)題。 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)。其中檢 測(cè)線圈用來(lái)建立交變磁場(chǎng)，把能量傳遞給被檢導(dǎo)體；同時(shí)，又通過(guò)渦流所建立的交變磁場(chǎng)來(lái)獲得被檢測(cè)導(dǎo)體中的質(zhì)量信息。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。 試件 上產(chǎn)生渦流的大小由 試件 的電導(dǎo)率、頻率和電磁場(chǎng)的振幅所決定。 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。 根據(jù)上面的知識(shí)設(shè)計(jì)渦流傳感器，在渦流檢測(cè)中，工件的情況是通過(guò)渦傳感器的變化反映出來(lái)的。 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。磁場(chǎng)在金屬中有一種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)， 即磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著深度的增加而很快地衰減，總是集中于導(dǎo)體表面。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。 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，渦流檢測(cè)設(shè)備 必須采取一些措施 ，以達(dá)到消除干擾信號(hào)的目的 。 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