【正文】 被檢查工件表面進(jìn)行檢驗(yàn)。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。穿過式線圈，易于實(shí)現(xiàn)渦流探傷的批量、高速、自動(dòng)檢測。按檢測時(shí)線圈和試樣的相互位置關(guān)系，檢測線圈可分為三大類：穿過式傳感器；內(nèi)通過傳感器；放置式傳感器；穿過式傳感器是將工件插入并通過線圈內(nèi)部進(jìn)行檢測。探頭分類的第三個(gè)重要方法是基于使用方法。兩種方式都可用于絕對(duì)式或差分式渦流傳感器。這兩種方式?jīng)]有根本的區(qū)別，因?yàn)榫徒Y(jié)果而言它們是相同的。發(fā)射—接收方式由分離的激勵(lì)線圈(或線圈組)和測量線圈(或線圈組)組成，此時(shí)，測量對(duì)象是傳送到拾取線圈的感應(yīng)電壓。因?yàn)榫€圈電壓(對(duì)于恒定電流源)或線圈電流(對(duì)恒定電壓源)的變化取決于線圈阻抗的變化，可以用這種方式測量任何導(dǎo)致阻抗變化的材料參數(shù)。第二種分類法是根據(jù)對(duì)探頭性能變化分為：阻抗方式；發(fā)射—接收方式。例如，將傳感器外表面上的多個(gè)小線圈串聯(lián)連接，此時(shí)，傳感器就成為絕對(duì)式的；將各組線圈以差分方式連接，傳感器就可用于差分工作方式下，也可以將此傳感器用作復(fù)合絕對(duì)式(或復(fù)合差分式)傳感器。組合傳感器的輸出取決于線圈的精確配置和連接方式。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(hào)。總體上說，絕對(duì)式渦流傳感器最簡單有效，因此可能是最廣泛使用的。絕對(duì)式渦流傳感器由單個(gè)線圈或其等價(jià)形式構(gòu)成，分為兩段或更多段的繞組。渦流傳感器有很多基本類型，并且在基本類型上有更多的變化形式。或是根據(jù)初始要求用解析表達(dá)式(精確的或大概的)設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器，然后通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)其性能；如有必要，重復(fù)這一過程直到獲得一種可接受的設(shè)計(jì)。這些方法間必然存在相互交叉。橢圓形線圈或貼合輪廓的線圈也可以模型化。非常規(guī)的探頭形狀可以模型化，而解析方法只能處理規(guī)定的線圈形狀和橫截面(如矩形檢截面的圓形線圈)。此外，探頭響應(yīng)是對(duì)所進(jìn)行的檢測的完整模擬，這是極為重要的。因此一個(gè)完整的模型包括了缺陷、材料性能和線圈參數(shù)，極少做任何假設(shè)。就探頭設(shè)計(jì)而言，數(shù)值方法較其它設(shè)計(jì)方法有某些優(yōu)越性。這足以解釋為何在渦流檢測的早期階段探頭設(shè)計(jì)嚴(yán)重依賴于實(shí)驗(yàn)方法。渦流探頭設(shè)計(jì)中現(xiàn)有公式的局限性是一個(gè)從事探頭設(shè)計(jì)的人們熟知的事實(shí)。然而對(duì)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]。它可以來自某個(gè)幸運(yùn)的巧合，或者它可以是由于缺乏任何更好的設(shè)計(jì)方法時(shí)的反應(yīng)。這些方法可分類如下：實(shí)驗(yàn)型或經(jīng)驗(yàn)型設(shè)計(jì)；解析型設(shè)計(jì)；數(shù)值型設(shè)計(jì)。傳感器設(shè)計(jì)有三種基本方法。渦流傳感器是基于相對(duì)簡單的原理，由一個(gè)或多個(gè)線圈按給定結(jié)構(gòu)組成。探頭設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)方面：采用什么樣的線圈結(jié)構(gòu)形狀、線圈電路的連接形式、線圈形狀尺寸、探頭的外形等制作。通過理論分析來進(jìn)行探頭的設(shè)計(jì)是很重要的研究課題。結(jié)果顯示，該方法優(yōu)化設(shè)計(jì)的傳感器與經(jīng)驗(yàn)法相比，靈敏度和線性度都有了明顯的提高。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。傳感器(檢測探頭)技術(shù)研究是檢測技術(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(dòng)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。所以傳感器的設(shè)計(jì)與制作是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程最重要的環(huán)節(jié)。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。在許多情況下，特別是對(duì)磁場迅速衰減的小直徑探頭，在極小的可測范圍內(nèi)有明顯的提離效應(yīng)。探頭在這兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)所描繪出的阻抗曲線即提離曲線，它對(duì)渦流檢測有非常重要的意義。渦流傳感器有一個(gè)基于探頭設(shè)計(jì)本身的初始阻抗(空線圈阻抗)，這是任何渦流傳感器的一個(gè)固有持性，有時(shí)稱為“無限提離阻抗”。減小線圈尺寸將減小一些邊緣效應(yīng)，但線圈尺寸的減小實(shí)際上存在一些限制。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。當(dāng)檢測線圈接近被測零件的邊界或端面時(shí)，渦流形狀會(huì)發(fā)生改變，這是因?yàn)闇u流不可流出零件邊界的緣故。即r=r+a=+r=d=2r=所以可以得到放置式探頭線圈檢測工件時(shí)的特征頻率為：f==≈ 式（）通過此特征頻率我們可以求出最佳的檢測頻率范圍。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。渦流的的徑向密度己經(jīng)衰減到徑向最大值的千分之五?？芍?，將上面兩積分方程式左邊相加就是導(dǎo)體中總的電渦流。圖25被測導(dǎo)體中的渦流環(huán)根據(jù)理論分析可得，導(dǎo)體表面渦流沿徑向分布規(guī)律為，在r=0處，渦流密度為零，隨著r的增大，渦流密度值也增大，在對(duì)應(yīng)激勵(lì)線圈外徑r處附近達(dá)到大值，然后隨著r的繼續(xù)增大逐漸減小且趨于零，導(dǎo)體表面r處的渦流密度J可表示為：Jor= 式（）式（）中r為激勵(lì)線圈的外半徑，r為離線圈中心軸的距離，J為被測導(dǎo)體表面r=r處的渦流密度。設(shè)想在被測導(dǎo)體上存在某個(gè)具有特定幾何尺寸的環(huán)域，如圖25所示。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。檢測頻率的選取與工件的特征頻率f密切相關(guān)，它是工件的一個(gè)固有特性，取決于工件的電磁特性和幾何尺寸。[12]渦流檢測的靈敏度在很大程度上取決于檢測頻率。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。但是降低頻率的同時(shí)檢測靈敏度也隨之下降，檢測速度也可能降低。在任何具體的渦流檢測中，實(shí)際所用的頻率由被檢工件的厚度、所希望的透入深度、要求達(dá)到的靈敏度或分辨率以及不同的檢測目的等所決定。、滲透深度渦流檢測所用的頻率范圍從200Hz到6MHz或更大。在渦流檢測中，在載流檢測線圈的作用下，試件中由于電磁感應(yīng)而感生的渦流宛若是在多層密迭在一起的線圈中流過的電流，這樣也可以把被檢測的金屬工件看作一只和檢測線圈交鏈的次級(jí)線圈。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(duì)原邊線圈的效應(yīng)，從而推知副邊電路中的阻抗的變化。折合阻抗和原邊線圈本身的阻抗之和稱為視在阻抗：R=R+R 式（）X=X+X 式（）由以上各式合并可知初級(jí)線圈的視在阻抗為：Z=R+R+j(ωLωL) 式（）其中，（RjX）為次級(jí)線圈回路反應(yīng)到初級(jí)線圈回路中的電抗。如圖24所示耦合電路。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(huì)產(chǎn)生電流。由交流電激勵(lì)檢測線圈產(chǎn)生的電磁能耦合到工件。可表示為：Z==R+jX=R+jωL 式（）大多數(shù)的渦流線圈為了能產(chǎn)生合適的外部磁化場和限制熱損耗，線圈繞有很多匝，空線圈的感抗ωL較之空線圈的電阻R。自感值為L。在渦流檢測中，當(dāng)試驗(yàn)線圈遠(yuǎn)離試件或任何其他導(dǎo)電材料或磁性材料時(shí)，其阻抗稱為空線圈阻抗，該阻抗提供了一個(gè)參數(shù)，用于其他阻抗的比較。在相位上，U和電流I同相位，而電抗電壓U較電流I超前串連電路的交流阻抗可用總電壓對(duì)電流大小之比給出為：Z==R+jX 式（）單個(gè)線圈阻抗向量圖如圖23所示。一般當(dāng)線圈中的電流頻率較低時(shí)可以忽略線圈匝間分布電容，線圈的等效電路如圖22所示。由金屬導(dǎo)線繞成的線圈，除了具有電感外，導(dǎo)線還有電阻，各匝線圈之間還會(huì)有電容。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。從電磁波傳播的角度來看，這種方法實(shí)質(zhì)上是根據(jù)信號(hào)有不同相位延遲的原理來區(qū)別工件中的不連續(xù)性。在渦流檢測的發(fā)展過程中，曾經(jīng)提出過多種消除干擾因素的手段和方法，但直到阻抗分析法的引進(jìn)，才使渦流檢測技術(shù)得到了重大的突破和廣泛應(yīng)用。它與激勵(lì)電流的頻率、金屬材料的電導(dǎo)率有直接的關(guān)系，其表達(dá)式為：δ= 式（）由式（）可得出，磁導(dǎo)率u和電導(dǎo)率口越小，趨膚深度越大；而激勵(lì)頻率越低趨膚深度越大[2]。一工件表面的渦流密度；J一離表面x深度處工件的渦流密度；x一至表面的距離；f一交流電流的頻率。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。渦流在被檢測試樣中流動(dòng)時(shí)，分布是不均勻的。如果控制上式中的某些參數(shù)恒定不變，而只改變其中的一個(gè)參數(shù)，這樣阻抗就成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。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。因此，探頭在金屬表面移動(dòng)，遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時(shí)，使得渦流磁場對(duì)線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無缺陷或其它物理性質(zhì)變化[1][2]。如圖21所示。對(duì)于平板金屬，感應(yīng)電流的流向是以線圈同心的圓形，形似旋渦，稱為渦流。充分利用迅速發(fā)展的電子技術(shù)和微電子技術(shù)，研制出更為智能化的渦流檢測儀。由于超聲、射線屬內(nèi)部件檢測，對(duì)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(duì)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)。渦流檢測技術(shù)對(duì)缺陷大小形狀的三維評(píng)價(jià)是產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的必然要求，因此渦流檢測三維成像是今后要求的發(fā)展方向。通過理論分析來進(jìn)行探頭的設(shè)計(jì)是很重要的研究課題。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其集知識(shí)表示、存儲(chǔ)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。從國內(nèi)外發(fā)表的論文看當(dāng)前對(duì)渦流信號(hào)處理的新方法研究比較多的是小波分析技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。信號(hào)獲取和處理技術(shù)：信號(hào)的獲取及其處理決定了檢測設(shè)備的總體J險(xiǎn)能，近年來隨著電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信號(hào)處理成為渦流理論研究進(jìn)展最快的方面。近幾年，TFollno等人將有限元法和遺傳算法結(jié)合，對(duì)傳感器的幾何參數(shù)和測量參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。測量參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)：通過研究傳感器的磁場特征從而對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)以及測量參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這也是渦流檢測的一個(gè)重要的研究方向。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。此時(shí)將傳感器定位并變頻測量以求得缺陷距表面的深度。針對(duì)管材渦流檢測中常用探頭的不足，美國西屋科學(xué)技術(shù)中心的Clark設(shè)計(jì)了直規(guī)傳感器。傳感器(檢測探頭)技術(shù)研究。人們也總是圍繞這幾個(gè)方面來開展研究，推動(dòng)渦流檢測技術(shù)的發(fā)展。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在確定缺陷時(shí)無需建立數(shù)學(xué)模型，通過大量的實(shí)例學(xué)習(xí)來識(shí)別缺陷，是一種唯像處理方法，比用其它數(shù)值方法快得多，但對(duì)于事先沒有學(xué)習(xí)過的缺陷則是無能為力。遺傳算法遺傳算法是模擬自然界生物群優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化過程而提出的，算法中包括選擇、交叉和變異三部分。渦流法識(shí)別缺陷的檢測裝置包括場的發(fā)射、散射場的測量和數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。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。大多數(shù)的正向問題的數(shù)學(xué)模型(定解問題)有解且唯一，如果選擇合適的計(jì)算方法，一般情況下數(shù)值解是穩(wěn)定的，即正向問題是適定的。而在電磁檢測的理論研究中，確定導(dǎo)電材料中缺陷或裂紋的形狀、大小和位置的問題，就其本質(zhì)上來說屬于電磁逆問題的求解。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。（4）滲透法對(duì)表面開口裂紋檢測靈敏度很高，但對(duì)表面有涂層及潮濕的工件就不理想，且對(duì)缺陷的判定有賴檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)。（2）與射線法相比，射線法成本太高，且射線需要放射源，現(xiàn)場使用中存在輻射性物質(zhì)，對(duì)人體有一定的傷害，必須對(duì)檢測人員進(jìn)行防護(hù)，使用不便。因此兩者均發(fā)生在零件的表面，缺陷特征屬表面裂紋，因此對(duì)部件的表面裂紋進(jìn)行檢測是防止機(jī)件失效或破壞的有效措施。常用于型材表面裂紋的檢測。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。滲透檢測無需電源，缺陷性質(zhì)容易辨認(rèn)，可檢測任何金屬和陶瓷材料的表面開口缺陷，但不能檢測內(nèi)部缺陷。其最大的缺點(diǎn)就是需要用耦合劑。要求工件表面較光潔。因此，可以看出，超聲檢測主要檢測工件內(nèi)部的面積型缺陷，比如夾層、折疊、裂紋等，對(duì)體積型的缺陷也有一定的檢出能力，但相對(duì)來說靈敏度要低一點(diǎn)。與射線法相比，超聲波法具有很多的優(yōu)點(diǎn)；首先它具有很強(qiáng)的穿透力，對(duì)于同種鋼材來講，超聲波大約是3m，而射線僅僅為50cm；其次，對(duì)于很小的傷痕也能夠準(zhǔn)確地測出來并進(jìn)行定位，同時(shí)，配以一些自動(dòng)掃描裝置及微處理器計(jì)算機(jī)等設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用則更為完善和豐富。對(duì)于裂紋一類的缺陷，其靈敏性常常較低，必須兩面通入。要求工件不能太厚，以鐵為例，最好不要超過80毫米，其它材料可以根據(jù)其衰減系數(shù)相應(yīng)的加厚或減薄。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。且試樣表面的不平和痕跡也會(huì)對(duì)磁力線的走向產(chǎn)生影響。檢測靈敏度取決于磁化方法、磁化電流、磁粉粒度等因素，通過目視磁粉在被測材料上分布情況來判定缺陷的形狀和大小。 磁粉檢測(MT)利用被測材料磁化后損傷會(huì)改變磁力線的分布情況，顯現(xiàn)出這些損傷。目前，對(duì)于裂紋缺陷的檢測，通常有以下幾種無損檢測方法：(1)滲透檢測Penetrant Testing；(2)磁粉檢測Magnetic particle Testing；(3)射線檢測Radiographic Testing；(4)超聲檢測Ultrasonic Testing；(5)渦流檢測Eddy current Testing。它在機(jī)械、建筑、鐵道、石化等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它是在不破壞被檢測對(duì)象物理化學(xué)性能和幾何完整性的情況下，通過分析對(duì)象內(nèi)部異常和缺陷所引起的磁、電、光、聲、熱等反應(yīng)的變化，確定缺陷的存在，掌握缺陷的特征并對(duì)其危害