電磁無損檢測技術(shù)及應(yīng)用

1、 周德強周德強聯(lián)系方式聯(lián)系方式: :電磁無損檢測及應(yīng)用電磁無損檢測及應(yīng)用2 2一一個人基本情況個人基本情況二二電磁無損檢測電磁無損檢測三三常規(guī)渦流無損檢測常規(guī)渦流無損檢測四四遠場渦流無損檢測遠場渦流無損檢測五五多頻渦流無損檢測多頻渦流無損檢測六六脈沖渦流無損檢測脈沖渦流無損檢測七七漏磁無損檢測漏磁無損檢測3 32007.4-2010.6 2007.4-2010.6 南京航空航天大學南京航空航天大學 測試計量技術(shù)及儀器測試計量技術(shù)及儀器 博士學位博士學位2008.9-2009.9 2008.9-2009.9 受國家留學基金委資助在英國紐卡斯爾大學受國家留學基金委資助在英國紐卡斯爾大學 電氣電子與

2、計算機學院從事合作研究電氣電子與計算機學院從事合作研究2002.9-2005.6 2002.9-2005.6 華中農(nóng)業(yè)大學華中農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)業(yè)機械化工程農(nóng)業(yè)機械化工程 碩士學位碩士學位1997.9-2001.6 1997.9-2001.6 長江大學長江大學 機械電子工程機械電子工程 學士學位學士學位學習經(jīng)歷學習經(jīng)歷4 42011.10-2011.10-至今至今 無錫國盛精密模具有限公司無錫國盛精密模具有限公司 博士后博士后 2010.6-2010.6-至今至今 江南大學機械工程學院江南大學機械工程學院 講師講師 碩士生導師碩士生導師 2005.7-2007.1 2005.7-2007.1 江蘇技

3、術(shù)師范學院機械與汽車工程學院江蘇技術(shù)師范學院機械與汽車工程學院 2001.7-2002.6 2001.7-2002.6 武漢鋼鐵集團公司建設(shè)公司武漢鋼鐵集團公司建設(shè)公司工作經(jīng)歷工作經(jīng)歷5 5主持項目主持項目（1 1）國家自然科學基金青年基金（）國家自然科學基金青年基金（051107053051107053） 方向性脈沖渦流無損檢測機理與應(yīng)用研究方向性脈沖渦流無損檢測機理與應(yīng)用研究 2525萬萬（2 2）中國博士后基金）中國博士后基金 5 5萬萬（3 3）20122012年入選年入選“江蘇省企業(yè)博士集聚計劃江蘇省企業(yè)博士集聚計劃” 2020萬萬申獲專利申獲專利 3 3項，其中發(fā)明專利項，其中發(fā)明

4、專利2 2項，實用新型項，實用新型1 1項。項。發(fā)表論文發(fā)表論文 2020余篇，其中國際期刊余篇，其中國際期刊3 3篇（篇（SCISCI檢索），國內(nèi)重檢索），國內(nèi)重 要核心期刊要核心期刊3 3篇（篇（EIEI檢索）。檢索）?？蒲星闆r科研情況6 6電磁無損檢測電磁無損檢測定義：利用材料在電磁場的作用下呈現(xiàn)出的電磁特性變化定義：利用材料在電磁場的作用下呈現(xiàn)出的電磁特性變化來判斷被測材料組織及有關(guān)性能的一類試驗方法。來判斷被測材料組織及有關(guān)性能的一類試驗方法。 分類：分類：7 7分類，以方波為例：分類，以方波為例：00n1( )sin()nnf tAAnt0nAn、和和式中，式中， 、 、 分別為基

5、準角頻率、振幅譜和相位譜。分別為基準角頻率、振幅譜和相位譜。0nAn8 8分類分類1 1）當）當 時，為直流漏磁檢測，此時被測時，為直流漏磁檢測，此時被測試件中不產(chǎn)生渦流。試件中不產(chǎn)生渦流。 0(1,2,., )nAn2 2）當）當 ，且多項式中僅有一項時，產(chǎn)生單頻激勵。，且多項式中僅有一項時，產(chǎn)生單頻激勵。 00A 3 3）當）當 時時 ，且多項式中有多項式時，產(chǎn)生多頻激勵。，且多項式中有多項式時，產(chǎn)生多頻激勵。00A 4 4）當具有全頻時，產(chǎn)生脈沖激勵。）當具有全頻時，產(chǎn)生脈沖激勵。9 9激勵磁場的成分激勵磁場的成分1.1.從磁場的穿透能力來看從磁場的穿透能力來看，直流磁化能夠穿透鐵磁性構(gòu)

6、件的全斷，直流磁化能夠穿透鐵磁性構(gòu)件的全斷面，因而能夠激發(fā)出各個部位的缺陷產(chǎn)生出的磁場信息，但對非面，因而能夠激發(fā)出各個部位的缺陷產(chǎn)生出的磁場信息，但對非鐵磁性構(gòu)件直流磁化則無能為力；交流頻率隨著頻率的提高，渦鐵磁性構(gòu)件直流磁化則無能為力；交流頻率隨著頻率的提高，渦流滲入層面不斷變薄，同時檢測的靈敏度也將不斷提高。流滲入層面不斷變薄，同時檢測的靈敏度也將不斷提高。2.2.從信息獲取的角度來看從信息獲取的角度來看，增加激勵電流中的多項式以至達到脈，增加激勵電流中的多項式以至達到脈沖激勵，使得激勵頻率成分不斷豐富，從而有可能得到更多的檢沖激勵，使得激勵頻率成分不斷豐富，從而有可能得到更多的檢測參數(shù)

7、和方程去評估被測缺陷特征參數(shù)，如多頻渦流、相控陣渦測參數(shù)和方程去評估被測缺陷特征參數(shù)，如多頻渦流、相控陣渦流技術(shù)等。流技術(shù)等。3.3.從信號處理上看從信號處理上看，直流磁化僅包含幅度信息，考慮磁場空間分，直流磁化僅包含幅度信息，考慮磁場空間分布即可，交流激勵含有了幅度、相位、頻率等時空信息，因而分布即可，交流激勵含有了幅度、相位、頻率等時空信息，因而分析的范圍和參量更復雜。析的范圍和參量更復雜。10101111研究意義研究意義 輸出與被測體電磁輸出與被測體電磁特性有關(guān)特性有關(guān) 電渦流傳感器電渦流傳感器性能與探頭線圈結(jié)性能與探頭線圈結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)相關(guān)構(gòu)和幾何參數(shù)相關(guān) 同一企業(yè)或研究機構(gòu)因被測體電

8、磁特性不同需購進不同傳感器同一企業(yè)或研究機構(gòu)因被測體電磁特性不同需購進不同傳感器檢測國外引進設(shè)備時，因不了解材料電磁特性而無法精確標檢測國外引進設(shè)備時，因不了解材料電磁特性而無法精確標定傳感器。定傳感器。 在野外作業(yè)時，用于測量某一被測體的傳感器出現(xiàn)問題時不能在野外作業(yè)時，用于測量某一被測體的傳感器出現(xiàn)問題時不能用其他傳感器不能替代用其他傳感器不能替代 1212尋求消除被測體電磁特性對傳感器輸出影尋求消除被測體電磁特性對傳感器輸出影響的響的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論，并研究其，并研究其實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法研究探頭幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)對傳感器性能研究探頭幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)對傳感器性能的的影響影響，對提高傳感器性能對

9、提高傳感器性能提供指導提供指導1313線圈線圈被測體被測體輸入輸入一級磁場一級磁場二級磁場二級磁場渦流渦流),(,fxFQLZ1414 渦流等效電路渦流等效電路 1111212222jjjj0I RILIMUIMI RIL2222121222222222(2 )(2 )Z2-2(2)(2)f Mf MRRjfLfLRfLRfL 222122222222122222()()() = - ()LMRRRRLLMLLLRL1515單匝線圈的阻抗求解模型單匝線圈的阻抗求解模型OyxzI(t)z1區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)4區(qū)區(qū)c1 1區(qū)：區(qū)：z z-0) 0) 2 2區(qū)：區(qū)：- -c c z z003 3區(qū)：區(qū)

10、：00z z zz1616軸對稱時諧電磁場軸對稱時諧電磁場本構(gòu)方程本構(gòu)方程約束方程約束方程4, 3, 2, 10)1(222iAkAiii) (limlimlimlimlimlimlimlimlimlimlimlim04030403032020030202001202010IzAzAAAzAzAAAzAzAAAzzzzzzzzzzzzczczczcz0lim0lim0lim0lim4321AAAA內(nèi)邊界條件內(nèi)邊界條件無限遠邊界條件無限遠邊界條件定解問題定解問題BA 0 A1717柱坐標系下柱坐標系下0)1(1222222zAAkAAi)(f2)(Zg0)1(222RRRSLSL型本征值問題方程

11、型本征值問題方程 (1)(1)0)1()111(222222ikzZZRRRR(2)(2)0) 1(22222RRR(3)(3)分離變量分離變量法法)()(zZRA1818t t=0) 1(2222RttRttRtBESSEL BESSEL 方程方程d)()(),(4312110uzuzeCeCYCJCzA無限遠邊界條件無限遠邊界條件內(nèi)邊界條件內(nèi)邊界條件d) ()(2)(210101121zzucuueeuJJIAd)()() ()(2212)2(2110102zuczuzeuueuueJJIAd)() ()(2110103zzzeeeJJIAd)() ()(2110104zzzeeeJJIA

12、currrrcurrrrcurrrrreuuuuuueuuuuuueuuuuuu222212212221221222122122)()()()()()( R R的通解的通解 Z Z的通解的通解1919圓柱線圈阻抗求解模型yOxr1r2dhz線圈線圈c1 1區(qū)：區(qū)：z z-c c2 2區(qū)：區(qū)：- -c c z z003 3區(qū)：區(qū)：00z z d d+ +h h2020d ddzJI dhhrrzJI21d dhddhhzeeze1dd) ()1 ()(),(21)(2012101121zuhdcuueJeeeuJrrUJAd)()()1 ()(),(2212)2(21012102zuczuhdc

13、euueuueeJrrUJAd)()1 ( ),(21102103zzhdAeeJeerrUJAd)() 1()1 (),(21102104zhdhdeJeeeerrUJAtttJrrUrrd)(1),(21132121215區(qū)：hzd+h P P( (, , ,z z) ) d)(1()(),(21)(1021051dhzzzdheeeeJrrUJA上部線圈單獨作用上部線圈單獨作用 d)(1 ()(),(21)(0121052zhzhzeeeeJrrUJA下部線圈單獨作用下部線圈單獨作用 d)1 (2)(),(21)()()(1021052515dhzzdhhzeeeeJrrUJAAA222

14、2zjIzAnjjZrrdhhcd)(),(dd)(20521)(jZd)1 () 1(2),(22022102hddceeedrrUnjd) 1( ),(2)(021220dcinedrrUnjjZd)1 ( ),()(22021202hdcsceerrUnjjZ入射場阻抗入射場阻抗 散射場阻抗散射場阻抗 2323圓柱線圈阻抗的數(shù)值計算圓柱線圈阻抗的數(shù)值計算 zr2r1dhbc520121220)()()exp(1 2),(2)(iiiiiiicinbJbddrrIntnjjZ)2exp()()()2exp(1)()()()(exp()exp(2),(2)(222225202121220cu

15、uucuubJbdhhrrIntnjjZiiriiriiriiiiiiiiicsciriiriiiiiiiicscuubJbdhhrrIntnjjZ5202121220)()()(exp()exp(2),(2)(tttJrrIntrriiid)(),(21121 2424傳感器磁場有限元仿真及線圈阻抗計算場量隨時間按正弦規(guī)律變化場量隨時間按正弦規(guī)律變化線圈激勵電壓均勻分布線圈激勵電壓均勻分布忽略探頭運動速度的影響忽略探頭運動速度的影響線圈中的渦流忽略不計線圈中的渦流忽略不計 電導率和磁導率均為常數(shù)電導率和磁導率均為常數(shù) 忽略位移電流，按似穩(wěn)場處理忽略位移電流，按似穩(wěn)場處理 忽略被測體電阻率的溫

16、度效應(yīng)忽略被測體電阻率的溫度效應(yīng) 假假設(shè)設(shè)00JBBEJHjw2525有限元仿真有限元仿真3D 模型(a) (a) 模型模型1 1(b) (b) 模型模型2 2探頭線圈探頭線圈被測體被測體近場空氣近場空氣遠場空氣遠場空氣探頭線圈探頭線圈被測體被測體被 限 定被 限 定的空氣的空氣26263D 分析結(jié)果分析結(jié)果(b) (b) 模型模型2 2磁磁場場強強度度分分布布圖圖渦渦流流密密度度分分布布圖圖(a) (a) 模型模型1 127273D 分析結(jié)果分析結(jié)果(a) (a) 模型模型1 (b) 1 (b) 模型模型2 2被測體半徑被測體半徑 (mm)(mm)渦流密度渦流密度 ( (10103 3A/m

17、A/m2 2) )1235123511331133103110319299298278277257256236235215214194193173172152150 1.8 3.6 5.4 0 1.8 3.6 5.4 7.2 9.07.2 9.00.9 2.7 4.5 6.3 0.9 2.7 4.5 6.3 8.1 8.1 被測體半徑被測體半徑 (mm)(mm)122912291127112710251025923923821821719719617617515515413413311311209209渦流密度渦流密度 ( (10103 3A/mA/m2 2) )0 1.8 3.6 5.4 0

18、 1.8 3.6 5.4 7.2 9.07.2 9.00.9 2.7 4.5 6.3 0.9 2.7 4.5 6.3 8.1 8.1 渦流密度沿被測體徑向分布曲線圖渦流密度沿被測體徑向分布曲線圖28283D 分析結(jié)果分析結(jié)果項目項目數(shù)值數(shù)值項目項目數(shù)值數(shù)值項目項目數(shù)值數(shù)值項目項目數(shù)值數(shù)值線圈內(nèi)徑線圈內(nèi)徑 1.00mm 線圈外直徑線圈外直徑 4.70mm被測體半徑被測體半徑9.00mm激勵電壓激勵電壓24V線圈高度線圈高度 5.10mm 被測體高度被測體高度12.00mm線圈直流電阻線圈直流電阻12激勵頻率激勵頻率 10KHz模型模型實部電流實部電流(A) 虛部電流虛部電流(A) 電阻電阻()

19、感抗感抗() 11.30231.399650.391254.153121.30351.400150.372554.1470誤差（）誤差（）0.090.040.040.02IUZ 表表1 1表表2 22929有限元仿真有限元仿真2D模型x xx x(a) (a) 模型模型1 (b) 1 (b) 模型模型2 2線圈線圈被測體被測體y yB BA AC C空氣空氣線圈線圈無無限限遠遠空空氣氣B BA A近場空氣近場空氣被測體被測體D D30302D仿真結(jié)果和仿真結(jié)果和3D仿真結(jié)果比較仿真結(jié)果比較模型模型實部電流實部電流(A)虛部電流虛部電流(A)電阻電阻()感抗感抗()2D模型模型模型模型11.35

20、591.400450.466952.1232模型模型21.35731.401250.438852.07023D模型模型模型模型11.30231.399650.391254.1561模型模型21.30351.400150.372554.1470誤差誤差(%)4.130.110.193.93可用可用2D2D模型代替模型代替3D3D模型進行電渦流傳感器的電磁場模型進行電渦流傳感器的電磁場仿真和線圈阻抗計算仿真和線圈阻抗計算 表表4 43131線圈阻抗理論和有限元計算值比較線圈阻抗理論和有限元計算值比較 相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值不銹鋼相對磁導率不銹鋼相對磁導率r1.01

21、線圈內(nèi)徑線圈內(nèi)徑r1 / mm0.60不銹鋼電導率不銹鋼電導率 / MS/m1.3333線圈外徑線圈外徑r2 / mm2.0045#鋼相對磁導率鋼相對磁導率r1496線圈高度線圈高度D/ mm0.8045#鋼電導率鋼電導率 / MS/m7.576被測體厚度被測體厚度c檢測頻率檢測頻率f / KHz1000強加邊界到對稱強加邊界到對稱40r2檢測距離檢測距離h/ mm0.50軸的距離軸的距離b/ mm相關(guān)計算參數(shù)相關(guān)計算參數(shù)計算項計算項理論理論計算值計算值有限元計算值有限元計算值誤差誤差2 (%)誤差誤差3 (%)模型模型1模型模型2誤差誤差1 (%) ZinR ()4.76254.76234.

22、76120.230.0040.27X ()199.026198.0768 198.57830.250.470.23Z=Zin + Zsc (不銹鋼不銹鋼)R ()14.269414.502914.30691.351.620.26X () 174.3406 172.8186 173.27080.260.870.61Z=Zin + Zsc (45#鋼鋼)R ()14.902314.960914.96430.020.390.41X () 224.7151 224.9792 224.48290.220.120.10表表5 5表表6 63232結(jié)論：一定范圍外的空氣對傳感器磁場影響較小一定范圍外的空氣對

23、傳感器磁場影響較小利用軸對稱可將利用軸對稱可將3D3D模型簡化為模型簡化為2D2D模型模型理論計算法和有限元法得到了相互驗證理論計算法和有限元法得到了相互驗證3333(a) 非磁性材料非磁性材料電阻電阻()感抗感抗()檢測距離檢測距離(mm)403020100-10-20-30-40-50-60-700.5 1 1.5 2 感抗感抗(c=4mm）感抗感抗(c=infinite）電阻電阻(c=4mm）電阻電阻(c=infinite）0 檢測距離檢測距離(mm)電阻電阻()感抗感抗()(b) 鐵磁性材鐵磁性材料料 感抗感抗(c=0.04mm）感抗感抗(c=infinite）電阻電阻(c=0.04m

24、m）電阻電阻(c=infinite）非磁性材料的自旋排列圖非磁性材料的自旋排列圖 鐵磁性材料的自旋排列圖鐵磁性材料的自旋排列圖 3434消除傳感器與被測材料相關(guān)性的方法消除傳感器與被測材料相關(guān)性的方法 方法的提出方法的提出 感抗感抗L L電阻電阻R R投影平面投影平面Z Zp p( (x x3 3) )Z Zp p( (x x2 2) )Z Zp p( (x x1 1) )x x1 1x x2 2x x3 3Z Z1 1Z Z2 2Z Z3 3Z Zp p3 3Z Zp p2 2Z Zp p1 1O O驗證過程：驗證過程：1. 1. 線圈電阻感抗線性線圈電阻感抗線性2. 2. 關(guān)系曲線平行關(guān)系

25、曲線平行3. 3. 線性變化線性變化 驗證方法：驗證方法： 有限元法和試驗法有限元法和試驗法3535方法的驗證方法的驗證有限元法有限元法相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值輸入頻率輸入頻率f/KHz900內(nèi)徑內(nèi)徑r1 / mm0.60被測體高度被測體高度t/mm9.00線圈直流電阻線圈直流電阻R/4.70外徑外徑r2 / mm2.65被測體半徑被測體半徑rt/mm12.00線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)130高度高度d/ mm0.80有限元分析參數(shù)有限元分析參數(shù)材料名稱材料名稱45號鋼號鋼鋁鋁硬鋁硬鋁(固溶狀態(tài)固溶狀態(tài))硬鋁硬鋁(退火退火)銅銅(T1)不銹鋼不

26、銹鋼(1Cr18Ni9Ti)電阻率電阻率 (10-6/m) 0.132 0.026220.0730.044 0.01710.75相對磁導率相對磁導率149611111.01材料參數(shù)材料參數(shù)363602040608010012080100120140160180200220240260280感抗（）電阻（）感抗感抗 = 76.17467 + 1.70342 = 76.17467 + 1.70342 電電阻阻R R SD SD N NP P0.999810.99981 1.41433 6 1.41433 60.00010.0001同一檢測距離同一檢測距離 同一條直線同一條直線37370204060

27、801001208010012014016018020022024026028002040608010012080100120140160180200220240260280020406080100120801001201401601802002202402602800204060801001208010012014016018020022024026028002040608010012080100120140160180200220240260280感抗（）電阻（） 0.05mm 0.5mm 2.0mm 1.5mm 1.0mm不不同同檢檢測測距距離離 平平行行3838檢測距離檢測距離(mm)

28、0.000.501.001.502.00di- dj (i-j=1)0.500.500.500.50電阻電阻感抗感抗關(guān)系式關(guān)系式R=1.7034(wL)+76.1747R=1.7098(wL)+145.5526R=1.7174(wL)+174.7262R=1.6807(wL)+191.3107R=1.6940(wL)+200.2063直線斜率直線斜率1.70341.70981.71741.68071.6940直線截距直線截距b1=76.1747b2=145.5526b3=174.7262 b4=191.3107 b5=200.2063bi - bj (i-j=1)69.377929.17361

29、6.58458.8956斜率平均值斜率平均值1.7011斜率誤差斜率誤差(%)0.140.510.961.200.413939有限元法驗證結(jié)論有限元法驗證結(jié)論1.在同一檢測距離下、不同被測材料下線圈電阻和感在同一檢測距離下、不同被測材料下線圈電阻和感抗呈線性關(guān)系；抗呈線性關(guān)系；2.在不同檢測距離下，線圈電阻和感抗的關(guān)系曲線相在不同檢測距離下，線圈電阻和感抗的關(guān)系曲線相互平行；互平行；3.檢測距離和各條直線截距不是線性變化的。檢測距離和各條直線截距不是線性變化的。 4040方法的驗證方法的驗證試驗法試驗法 探頭阻抗測試試驗系統(tǒng)探頭阻抗測試試驗系統(tǒng)阻抗分阻抗分析儀析儀高精度位高精度位移標定器移標定

30、器傳感探頭及傳感探頭及延伸電纜延伸電纜夾具夾具4141電感電感(H)(H)電阻電阻()()90 90 808070706060505020 70 20 70 120120電感電感=0.2759=0.2759* *電阻電阻+47.933+47.933R R2 2=0.9925=0.9925同一檢測距離同一檢測距離 線性線性4242圖圖 4-14 不同檢測距離、不同被測材料下線圈電阻和電感之間的關(guān)系不同檢測距離、不同被測材料下線圈電阻和電感之間的關(guān)系 (900KHz)電阻電阻()909085 85 80807575707065656060555525 50 75 25 50 75 100 1251

31、00 125(0.10mm2.00mm) (0.10mm2.00mm) 不同檢測距離不同檢測距離 平行平行4343直線的相關(guān)參數(shù)直線的相關(guān)參數(shù)距離距離(mm)電阻電阻電感關(guān)系式電感關(guān)系式截距截距斜率斜率斜率誤斜率誤差差(%)檢測檢測距離距離檢測距檢測距離間距離間距截距截距相鄰截相鄰截距變化距變化0.10R=0.2759(L)+47.933047.93300.27592.950.200.10R=0.2795(L)+51.205051.20503.27200.27951.690.400.20R=0.2842(L)+56.801056.80105.59600.28420.040.600.20R=0.

32、2966(L)+61.753061.75304.95200.28660.810.800.20R=0.2928(L)+65.581065.58103.82800.29282.991.000.20R=0.2925(L)+68.541068.54102.96000.29252.881.200.20R=0.2900(L)+71.368071.36802.82700.29002.001.400.20R=0.2861(L)+73.399073.39902.03100.28610.631.600.20R=0.2829(L)+75.018075.01801.61900.28290.491.800.20R=0.

33、2799(L)+76.400076.40001.38200.27991.552.000.20R=0.2769(L)+77.493077.49301.09300.27692.604444試驗法驗證結(jié)論試驗法驗證結(jié)論1.在同一檢測距離下、不同被測材料下線圈電阻和感在同一檢測距離下、不同被測材料下線圈電阻和感抗呈線性關(guān)系；抗呈線性關(guān)系；2.在不同檢測距離下，線圈電阻和感抗的關(guān)系曲線相在不同檢測距離下，線圈電阻和感抗的關(guān)系曲線相互平行；互平行；3.檢測距離和各條直線截距不是線性變化的檢測距離和各條直線截距不是線性變化的。 4545兩種驗證方法結(jié)果比較兩種驗證方法結(jié)果比較 實驗法實驗法 有限元法有限元法

34、 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論 0.2843 0.2843 1.701056 1.701056 1.6077 1.6077 斜率斜率 互感互感M M (H) (H) 磁 場 間 的 距 離磁 場 間 的 距 離x x (mm)(mm)非線性非線性 表明：增加非線性校正環(huán)節(jié)后，可通過表明：增加非線性校正環(huán)節(jié)后，可通過提出的方法實現(xiàn)與被測材料無關(guān)的功能提出的方法實現(xiàn)與被測材料無關(guān)的功能4646l 遠場渦流技術(shù)最早發(fā)表于1951 年美國學者W.R. Maclean的一篇專利報告中。20世紀50年代末, 殼牌公司的T.R. Schmidt教授成功研制出第一個在役遠場渦流檢測系統(tǒng)，用于油井套管檢測。l 德國漢諾威大

35、學利用遠場渦流技術(shù)對接焊縫進行檢測。l 日本橫濱國立大學利用遠場渦流現(xiàn)象對石油儲罐的底板進行了檢測。l 美國的IMTT公司已經(jīng)成功的開發(fā)出可應(yīng)用于金屬以及金屬基復合材料的遠場渦流檢測儀器，并且具有滲透深、靈敏度高等特點。47472022-3-82022-3-84747管道遠場渦流檢測機理示意圖管道遠場渦流檢測機理示意圖管材管材2323管內(nèi)徑管內(nèi)徑激勵線圈激勵線圈檢測線圈檢測線圈低頻交流電低頻交流電近場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)區(qū)區(qū)遠場區(qū)遠場區(qū)區(qū)區(qū)能量直接耦合通道能量直接耦合通道能量的間接耦合通道能量的間接耦合通道4848 遠場渦流效應(yīng)的特征：遠場渦流效應(yīng)的特征：1.幅值特性曲線出現(xiàn)拐點。幅值特性曲線

36、出現(xiàn)拐點。2.相位特性曲線出現(xiàn)相位特性曲線出現(xiàn)90的相位急劇變化。的相位急劇變化。3.間接耦合通道的能量二次穿過待檢測材料。間接耦合通道的能量二次穿過待檢測材料。 (a)幅值特性曲線幅值特性曲線 (b)相位特性曲線相位特性曲線4949 導電平板激勵線圈檢測線圈間接能量耦合通道直接能量耦合通道電磁屏蔽結(jié)構(gòu)導電平板激勵線圈檢測線圈間接能量耦合通道直接能量耦合通道電磁屏蔽結(jié)構(gòu) 將管道中的遠場渦流檢測方法應(yīng)用到平板導體件中的一個關(guān)鍵就是，能否將管道中的遠場渦流檢測方法應(yīng)用到平板導體件中的一個關(guān)鍵就是，能否設(shè)計一個系統(tǒng)，當激勵線圈和檢測線圈同在平板導體件的一側(cè)時，使得檢測線圈設(shè)計一個系統(tǒng)，當激勵線圈和檢

37、測線圈同在平板導體件的一側(cè)時，使得檢測線圈檢測的也是兩次穿過板厚的間接耦合通道的能量。檢測的也是兩次穿過板厚的間接耦合通道的能量。5050 阻抗分析法（或稱相位分析法）的應(yīng)用使渦流檢測阻抗分析法（或稱相位分析法）的應(yīng)用使渦流檢測向前跨出一大步，但是，傳統(tǒng)的相位分析法向前跨出一大步，但是，傳統(tǒng)的相位分析法均采用單均采用單頻率鑒相技術(shù)，最多只能鑒別受檢測工件中的兩個參頻率鑒相技術(shù)，最多只能鑒別受檢測工件中的兩個參數(shù)（即只能抑制一個干擾因素的影響）數(shù)（即只能抑制一個干擾因素的影響）。單頻渦流檢。單頻渦流檢測雖應(yīng)用較廣，如對管、棒、線材等金屬產(chǎn)品的探傷測雖應(yīng)用較廣，如對管、棒、線材等金屬產(chǎn)品的探傷。但

38、對許多復雜重要的構(gòu)件，如熱交換器管道的在役。但對許多復雜重要的構(gòu)件，如熱交換器管道的在役檢測，鄰近的支撐板、管板等結(jié)構(gòu)部件會產(chǎn)生很強的檢測，鄰近的支撐板、管板等結(jié)構(gòu)部件會產(chǎn)生很強的干擾信號，用單頻渦流很難準確地檢出管子的缺陷；干擾信號，用單頻渦流很難準確地檢出管子的缺陷；又如對汽輪機葉片、大軸中心孔和航空發(fā)動機葉片的又如對汽輪機葉片、大軸中心孔和航空發(fā)動機葉片的表面裂紋、螺孔內(nèi)裂紋、飛機的起落架、輪轂和鋁蒙表面裂紋、螺孔內(nèi)裂紋、飛機的起落架、輪轂和鋁蒙皮下缺陷的檢測，具有多種干擾因素待排除。皮下缺陷的檢測，具有多種干擾因素待排除。5151 為了使渦流儀器能在試驗中同時鑒別更多的參數(shù)，為了使渦流

39、儀器能在試驗中同時鑒別更多的參數(shù)，就需要增加鑒別信號的元器件，以便獲得更多的試驗變就需要增加鑒別信號的元器件，以便獲得更多的試驗變量，才能做到有效地抑制多種干擾因素影響，達到去偽量，才能做到有效地抑制多種干擾因素影響，達到去偽存真的目的，提高檢測的靈敏性、可靠性和準確性，對存真的目的，提高檢測的靈敏性、可靠性和準確性，對受檢工件做出正確評價。受檢工件做出正確評價。 多頻多頻/多參數(shù)渦流檢測技術(shù)是多參數(shù)渦流檢測技術(shù)是1970年美國科學家年美國科學家Libby首先提出的，該方法采用幾個頻率同時工作，能首先提出的，該方法采用幾個頻率同時工作，能有效地抑制多個干擾因素，一次性提取多個所需的信號有效地抑

40、制多個干擾因素，一次性提取多個所需的信號（如缺陷信息、壁厚情況等）。（如缺陷信息、壁厚情況等）。5252多頻渦流檢測基本原理多頻渦流檢測基本原理 多頻渦流法是同時用幾個頻率信號激勵探頭多頻渦流法是同時用幾個頻率信號激勵探頭，它比用單一頻率作為激勵信號的試驗方法能獲，它比用單一頻率作為激勵信號的試驗方法能獲得更多數(shù)據(jù)，檢驗中要如何充分利用所獲取的豐得更多數(shù)據(jù)，檢驗中要如何充分利用所獲取的豐富信號，對這些信號進行分析處理是多頻渦流法富信號，對這些信號進行分析處理是多頻渦流法所要解決的問題所在。所要解決的問題所在。5353二二 、脈沖渦流檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)、脈沖渦流檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)脈沖渦流檢測原理

41、脈沖渦流檢測原理試件試件激勵線圈激勵線圈BexcIeddy霍爾傳感器霍爾傳感器Beddy),(excitationrBxf 激勵脈沖激勵脈沖脈沖磁場脈沖磁場瞬時渦流瞬時渦流反磁場反磁場線圈阻抗的變化線圈阻抗的變化或磁傳感器輸出或磁傳感器輸出5454二二 、脈沖渦流檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)、脈沖渦流檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)渦流集膚深度的計算渦流集膚深度的計算 2 單頻渦流趨膚深度單頻渦流趨膚深度脈沖渦流趨膚深度脈沖渦流趨膚深度01n1()sin()nnf tAAn t12,1,3,5,7,nnn1125555 漏磁檢測方法是一項自動化程度較高的磁學漏磁檢測方法是一項自動化程度較高的磁學檢測技術(shù)，其原理為：鐵磁材料被磁化后，其表檢測技術(shù)，其原理為：鐵磁材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁場，通過檢面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁場，通過檢測漏磁場來發(fā)現(xiàn)缺陷。從這個意義上講，壓力容測漏磁場來發(fā)現(xiàn)缺陷。從這個意義上講，壓力容器檢測中常用的磁粉檢測技術(shù)也是