【正文】 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。 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。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。 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。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。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。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 。 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。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。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。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。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。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?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。 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。 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。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。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。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。 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 （ 論文 ） 7 式中， 1111 LjRXR ???? 為原邊線圈垢視在阻抗。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)。 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。 陰抗分析法在渦流檢測中被廣泛應(yīng)。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 6 第三章 渦流傳感器的 阻抗分析法 檢測信號來自檢測線圈的阻抗或次級線圈感應(yīng)電壓的變化。 22 1 rfg ???? （ ） 式中： ? 是電導(dǎo)率， ? 是磁導(dǎo)率， r 是半徑。當(dāng)想對磁導(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? （ ） 鋼板電渦流無檢測的 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。 檢測對象改變時，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)。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 5 cP 變量描述了四個檢測參數(shù)對阻抗的影響。 已知 被檢測構(gòu)件的料質(zhì)、鋼板 的厚度 ，根據(jù)???? ??? f12 ??就能 確定激勵信號的頻率?？砂咽剑?）寫成如下 ???210 jyy eJJ ?? （ ） 在式（ ）和式（ ）中令 ??x ,而且使 12 ??????，可求得 ? 的值為 ???? ??? f12 ?? （ ） 這時有 )1(0 jzz eHH ??? 、 )1(0 jyy eJJ ??? ，表明在半無限平面導(dǎo)體內(nèi) ??x 處，磁場強(qiáng)度和電流密度的幅值均降至表面上對應(yīng)值的 1/e 倍，即 %。實(shí)部表明磁場的幅度隨著電磁場進(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；磁場的相位隨著這個深度的增加而滯后，而2?????為相位因子，決定了相位變化的快慢； K 則稱為電磁場在導(dǎo)體中的傳播系數(shù)。對于沿 x 軸向無限延伸的半無限導(dǎo)體， 2c 應(yīng)為零，否則磁場將趨 于無限在，這是無意義的，于是得 Kxz ecH ?? 1 （ ） 若令 x =0 處的 zH 值為 zH0 ，可以得到系數(shù) zHc 01? 。設(shè)有一層狀 激勵電流在一個同 x 軸垂直，且在距原點(diǎn)某一距離處與負(fù) x 軸相交的平面 內(nèi)沿 y 方向流動?，F(xiàn)在分析鋼板中的電磁場分布情況。但是我們可以 用 近似等效 的方法 ， 只要它們滿足一定的條件（如傳感器的尺寸遠(yuǎn)小于鋼板的面積），無論如何，求解電磁檢測中的一些特定物理模型的帶有定解條件的麥克斯韋方程組，總是具有基本的理論價值，同時為設(shè)計檢測傳感器有指導(dǎo)意義。在求電磁滲透方程時，事實(shí)上只能對一些具有規(guī)則邊界的模型，諸如半無限平面導(dǎo)體，無限長圓柱導(dǎo)體，無限長的管狀導(dǎo)體 及導(dǎo)電球體等做出數(shù)學(xué)的解析 解。若考慮到金屬導(dǎo)體中的位移電流很小，對于一般金屬約為 )/(107 m?? ， mF / 120 ???? ，當(dāng) ? 取 s/107 ， ?? 與 ? 約為 910? 數(shù)量級，故 ?? 與 ? 相比可以忽略不計，式（ ）可以簡化為 HjH ?????2 （ ） 同理，還可以推得 EjE ?????2 （ ） 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 3 JjJ ?????2 （ ） 從式（ ） 至 式（ ）稱為電磁滲透方程，用于研究導(dǎo)體內(nèi)的電磁滲透現(xiàn)象，也是對電磁檢測問題進(jìn)行理論分析的基本方程。 導(dǎo)體中的電磁場 在電磁檢測中處理的對象基本是金屬導(dǎo)體，而金屬中電荷的弛豫時間極短，因此，自由電荷的體密度可假定為零。檢測線圈的形狀、尺寸、和技術(shù)參數(shù)對于最終的檢測結(jié)果至關(guān)重要。為了適應(yīng)各種檢測需要，人們設(shè)計了各種各樣的檢測線圈。 因此，通過儀器檢測出線圈中電壓或阻抗的變化，即可間接地發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體內(nèi)缺陷的存在。此時，導(dǎo)體中的渦流也會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)磁場，并影響原磁場，進(jìn)而導(dǎo)致線圈電壓和阻抗 的 改變。渦流自身也產(chǎn)生電磁場；在非磁性材料中，感應(yīng)電磁場僅與渦流有關(guān)；而對于永磁性材料，感應(yīng)電磁場將產(chǎn)生附加的交流磁化作用，其振幅 足以超過渦流場所引起的振幅，這些電磁現(xiàn)象與被 測材料的磁導(dǎo)率有緊密聯(lián)系。當(dāng)導(dǎo)體置于交變的磁場中時，導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流稱為渦流。本文在編定過程中參考了 國內(nèi) 和翻譯資料及有關(guān)文獻(xiàn)，在此向有關(guān)文獻(xiàn)的著作表示衷心的謝意 。設(shè)計一種能夠檢測鋼板的線圈傳感器，要求有抑制各種 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等等 。只要對磁場變化敏感的元件，如線圈、 霍耳元件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。分析影響阻抗變化的幾個主要參數(shù)如工 件的電導(dǎo)率 ? 、提離效應(yīng)、磁導(dǎo)率、試驗(yàn)頻率、工件厚度 。福斯特提出了有關(guān)有效磁導(dǎo)率的概念，有效磁導(dǎo)率可以使阻 抗分析的問題大大簡化。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。 趨膚效應(yīng)決定了渦流無損檢測鋼板的厚度的最大值。分析出磁場在鋼板的分部情況，以及磁場強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)。 以便為進(jìn)一步討論渦流檢測的基本原理作理論準(zhǔn)備。 本文的主要內(nèi)容是渦流無損檢測方法檢測鋼板構(gòu)件的傳感器為目的。渦流檢測是以材料電磁性能變化為判斷依據(jù)來對材料及構(gòu)件實(shí)施缺陷探 測和性能測試的一類檢測方法通稱為電磁法，其基本原理是以電磁學(xué)的理論為基礎(chǔ)的。 渦流檢測信號來自檢測線圈的阻抗或次級線圈感應(yīng)電壓的變化。當(dāng) 導(dǎo)體置于交變磁場中，導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流稱為渦流。 Eddy current sensor。 電橋電路有 較 高的靈敏度和抗干擾能力， 本設(shè)計 采用電橋電路 作 為 渦流傳感 的 檢測電路 。根據(jù)渦流效應(yīng)引起線圈阻抗的變化及其相位變化之間的密切關(guān)系 ,從而鑒別各種影響因素效應(yīng)。 不同的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的試件以達(dá)到不同的檢測效果。I 學(xué)科分類號 080604 湖 南 涉 外 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ） 題目 鋼板無損檢測用電渦流傳感器設(shè)計 作者 學(xué)部 電氣與信息工程 專業(yè) 電子信息工程 學(xué)號 指導(dǎo)教師 二〇 一 〇 年 五 月 十五 日 II 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 電氣與信息工程 學(xué) 部 電子信息工程 系 系（教研室）主任 : （簽名）