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脉冲涡流检测系统影响因素分析

脉冲涡流检测系统影响因素分析

 近十年发展起来的脉冲涡流技术可用来对表面和表面下裂纹进行定量检测。因脉冲涡流的频谱很宽,故采用该技术只需一次扫描就可以检测出被测试件上不同的裂纹。目前在很多结构件的无损评估领域获得了较广泛的应用。

  采用脉冲涡流技术检测之前,首先应该对影响检测能力的各种因素分别进行分析,以便在检测过程中合理地调节各种参数,使系统达到较好的工作状态。笔者分别从激励线圈的尺寸、激励频率、激励脉冲的占空比和电压几个方面进行分析。

脉冲涡流检测系统

  脉冲涡流检测系统由脉冲信号发生电路、探头和数据采集电路组成。其中,脉冲发生电

  路用来产生激励方波信号,在设计的检测系统中,方波信号的电压为5~10V可调,频率10Hz~100kHz可调,占空比0.1~0.9可调。探头包括激励线圈和检测线圈,激励线圈采用矩形结构,检测线圈位于激励线圈底部,用来对受裂纹扰动而产生的磁场的垂直分量进行检测。数据采集电路采用12位PCI数据采集卡,采样频率为100kHz。

  系统参数对检测性能的影响

  激励线圈尺寸

  实验中采用两个大小不同的矩形激励线圈进行分析。实验证明,无论对于表面缺陷还是表面下缺陷的检测,使用小的激励线圈均比使用大的激励线圈涡流响应信号峰值变化量大,也就是说小线圈比大线圈的灵敏度高。这是由于小的激励线圈阻抗较小,因此在激励电压相同的情况下,可以产生更大的电流和磁场,从而在试件表面及近表面感生出更强的涡流,因此具有较高的缺陷检出能力。

激励脉冲频率的影响

  在进行脉冲频率的对比实验时,根据实验分析结果,选用具有较高灵敏度的小线圈作为激励线圈,脉冲的占空比定为0.5,电压为10V,频率从100Hz变化到1kHz,步进量为100Hz。

  从实验结果中可以得出,当激励频率从100Hz变化到400Hz的过程中,对于表面缺陷和表面下缺陷,随着激励频率的增加,涡流响应信号峰值的变化量开始明显增大。这是由于对表面缺陷来说,随着频率的增加,脉冲涡流检测能力变强;而对于表面下缺陷是由于实验中采用的缺陷较小的缘故。根据集肤效应的原理,在实际的检测过程中,应根据缺陷可能出现的位置,合理选择激励频率,以达到较好的检测效果。

激励脉冲占空比的影响

  在进行占空比实验时,选用具有较高灵敏度的小线圈作为激励线圈,其它参数设置如下:激励脉冲频率为100Hz,电压为10V,占空比从0.1均匀变化到0.9,每次步进0.1。

  对脉冲进行傅里叶分析可以知道,小占空比的脉冲频谱的分布比较均匀,因此,在高频时也具有较高,这对于表面缺陷的检测有利。而占空比较大的脉冲其频谱主要集中在低频处,这对于表面下缺陷的检测有利。对于较深的表面下缺陷,可以适当地提高脉冲的占空比,增大激励脉冲,以达到较好的检测效果。

  激励脉冲电压的影响

  在进行激励电压实验时,选用尺寸较小的激励线圈。激励脉冲的频率为100Hz,占空比为0.5,激励电压从5~10V均匀变化。

  从实验结果可以看出,随着激励脉冲电压的升高,不管对于表面缺陷或表面下缺陷,峰值的变化量逐渐变大,这是由于激励电压升高后,脉冲涡流检测系统产生的磁场强度回变大,因此有利于缺陷的检出,但是,在实际检测过程中,激励电流不能太大,否则线圈容易达到饱和状态。

  结论

  脉冲涡流参数的选择对检测系统的性能有很大的影响,合理地选取脉冲涡流检测系统的

  参数对提高检测灵敏度具有重要意义。笔者从激励线圈的尺寸,激励脉冲的频率、占空比和电压几个方面对脉冲涡流检测系统工作性能的影响进行了分析,给出了实际检测过程中脉冲参数的选取原则。然而,由于实际检测过程中被测对象的复杂性和检测要求的不同,因此,在选择参数时综合考虑各方面影响因素,使系统达到较好的检测效果。


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