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1、第3章 涡流检测设备3.4.1 涡流传感器结构；功能；分类 3.4.2 涡流检测仪器分类；结构；基本电路13.4.1 涡流传感器1. 基本结构 2. 基本功能 3. 三种分类21.基本结构；2.基本功能n结构：由激励绕组、检测绕组、骨架和外壳组成。n功能： 激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场 ，使工件产生涡流的功能； 检取所需信号的功能，即检测获取工件质 量情况的信号并把信号送给仪器分析评价； 抗干扰的功能，即要求涡 流传感器具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时需抑制直径、壁厚 变化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。n涡流传感器（整体）又称作检测线圈33.
2、三种分类n1.按检测线圈输出信号感应方式不同分类n2.按检测线圈与工件相对位置分类n3.按比较方式线圈绕制连接分类41.按输出信号感应方式不同分类n自感式（参量式）：参量式线圈输出的信号是线圈阻抗的变 化，一般它既是产生激励磁场的线圈，又是拾取工件涡流信 号的线圈，所以又叫自感式线圈，如图a。n互感式（变压器式）：变压器式线圈，输出的是线圈上的感 应电压信号，一般由两组线圈构成，一个专用于产生交变磁 场的激励线圈（或称处级线圈），另一个用于拾取涡流信号 的线圈（或称次级线圈），又叫互感式线圈，如图b。52. 按线圈与工件相对位置分类n外穿过式n这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。如图
3、所示。它可检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部 通过的导电试件。由于采用穿过式线圈、容易实现批量 、高速检验及实现自动化检测，因此，广泛地应用于小 直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。1线圈；2试件；3线圈架6内通过式（内插式）n在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子 的内部这种插入试件内部进行检测的探头称为 内通过式探头，它适用于冷凝器管道（如钛管、 铜管等）的在役检测。1线圈架；2线圈；3试件7放置式（点式；探头式）n在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进行检验。这 种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场 聚焦的性质，其灵敏度高。 它适用于各种板材、带材和 大直径管材
4、、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件 某一区域做局部检测。1线圈；2磁芯；3外壳；4试件8穿过式线圈9内插式线圈103.按比较方式绕制连接分类n绝对式：如图a所示，直接测量线圈阻抗的变化，在检测时可用 标准试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零，再将被试工件 放入线圈，这时，若仍无输出，表示试件和标准试件的有关参数 相同。若有输出，则依据检测目的不同，分别判断引起线圈阻抗 变化的原因是裂纹还是其他因素。这种工作方式可用于材质的分 选和测厚，又可进行缺陷的检测。n标准比较式（它比式）：典型的差动式涡流俭测采用二个检测 线圈反向联接成为差动形式。如图b所示、一个线圈中放置被检 试件(与被测试件具
5、有相同材质、形状、尺寸且质量完好)，而另 一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被 检试件质量不同于标准试件(如存在裂纹)时，检测线圈就有信号 输出，实现对试件的检测。11（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比式）：是标准比较式的特例，采用同一检测试件的不同 部分作为比较标准，故称为自比较式。如图c所示，两个相邻安置的线圈 、同时对同试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何 参数变化通常是比较小的，对线圈阻抗影响也比较微弱。如果将两个线 圈差动联接，这种微小变化的影响便几乎被抵消掉，如果试件存在缺陷 ，当线圈经过缺陷(裂纹)时将输出相应急剧变化的
6、信号，且第个线圈 或第二个线圈分别经过同一缺陷时所形成的涡流信号方向相反。12绝对式和自比式单线圈和差动线圈n绝对式n对所有变化敏感n易区分混合信号n显示缺陷整个长度n温度不稳定时易发生 漂移n对探头的颤动比差式 敏感n自比式n温漂小n抑制颤动n对短伤敏感n对缓慢变化长缺陷 不敏感n只能探出长缺陷的终 点和始点n有时信号不好解释133.4.2 涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材料进行 无损检测的电子设备。 1.分类 导电仪；测厚仪；探伤仪 2.基本结构 3.基本电路14涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率的振荡电 流流经检测线圈，线圈产生交变磁场并在试件中
7、感生涡 流，同时，受导电试件影响的涡流会使检测线圈的电性 能发生变化，通过信号输出电路将(包含待测信息的)检 测线圈电性能的变化转变成电信号输出，经放大器放大 ，信号处理器消除各种干扰，然后输入显示器显示检测 结果。15涡流电导仪n测量金属及其合金中的电导率(成分、热处 理状态/杂质)n测量灵敏度：用每单位电导率变化所对应 的阻抗变化值来表示。S=(Z)/ ()n选择频率比f/fg，使阻抗点在曲线的最右边 ，这样，灵敏度较高16涡流测厚仪n含义1.测量金属基体上绝缘层厚度，利用提离 效应(在涡流检测中，探头晃动引起的信号变 化叠加在缺陷信号中，阻碍对缺陷的正确判断 与识别，这种干扰称为提离干扰
8、，又称为提离 效应)，金属基体厚度3倍渗透深度n含义2.检测金属片厚度，利用厚度效应（线圈 的视在阻抗要随金属薄板厚度的不同而发生相 应的变化），测量范围3倍渗透深度n选择较高频率，抑制金属电导率的影响17涡流探伤仪n缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响 线圈阻抗n缺陷效应是电导率效应、磁导率效应和直 径效应的局部综合结果。n提取缺陷信号，抑制干扰信号，三种分析 方法n1. 相位分析法n2. 频率分析法n3. 幅度分析法18信号形成与检出n调制：试件与线圈相对运动，试件信息信 号加载在高频振荡信号上的过程。包括幅 度调制、频率调制和相位调制。n解调：将加在高频振荡信号的试件信息信 号检出的过程
9、。n幅度和相位解调相敏检波器n频率解调滤波器192 涡流检测仪器的基本结构n激励：振荡器，功率放大器n检出：探头，电桥，自动平 衡n处理：相敏检波器（含移相 器），滤波器，幅度鉴别器n显示：示波器，记录仪n（计算机系统）涡流检测系统的基本结构1振荡器，2电压表，3探头，4裂 纹，5工件203 基本电路n振荡器，功放：激励源n电桥：检出信号n放大器：用于放大微弱的输入信号，提高检测 灵敏度。n移相器：相位基准n相敏检波器：相位分析n滤波器：调制频率分析n幅度鉴别器：报警电平n相位旋转电路：n显示器：21电桥n电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压 信号交流n无伤状态，电桥接近平衡；有伤状态，电 桥
10、失衡n交流电桥平衡条件：n图3-49，Z1Z4=Z2Z3；1+4=2+322移相器；相敏检波器n检波：检出加在高频信号上的低频信号n方法：电子开关，检出峰值，控制信号与 高频信号同相n相敏检波：控制信号相位随干扰信号相位 变化。23n相位：干扰信号过零时发出控制信号，即 二者相差90度n移相器：调整控制信号相位。输入：振荡 信号；输出：控制信号n平滑滤波：检波器中的电容是必要的n经过相敏检波器，高频信号变为低频信号2425相敏检波器原理框图移相器振荡信号控制信号相敏检波器待测信号电子开关低通滤波器输出信号滤波电容26滤波器n低通滤波器；高通滤波器(只通过高频信号， 阻止低频信号的滤波器)；带通
11、；频率特性( 曲线)n截止频率fc；中心频率f0；带宽fc2-fc1n调制频率：试件与线圈相对运动，试件信息 加载在高频振荡信号上，振荡信号幅度变化 的低频信号的频率。n调节滤波器，使：带通滤波器中心频率缺 陷信号的调制频率27频率特性曲线fAfcfAfcfAfc1fc2f00.7A低通 高通 带通28幅度鉴别器n作用：去除小噪声n电路：比较器n调节：抑制电平n注意：抑制电平影响线性；报警电平根据 验收标准用对比试样（标准伤）确定报警电平抑制电平29显示器n传统：示波管（CRT）。方式：椭圆显示 ；正弦波显示；矢量点显示n现代：计算机显示器。特点：记忆存储。 方式：时基显示；矢量显示n其它：指
12、针式表头；数码管LED；液晶LCD30显示方式1时基显示n显示：将处理后信号加在垂直方向，锯齿 波加在水平方向（示波器原理）。n令一个锯齿波周期一个试件检测时间， 每屏显示整个试件对应的波形，容易实现 纵向定位（轴向定位）n利用下一根试件的端头信号刷新屏幕n显示信息：幅度；时间 纵向位置n报警方式：幅度报警 直线,水平线31显示方式2矢量显示n显示：将处理后信号经过两路控制信号相差 90度的相敏检波器分解为Ux和Uy，分别加 在水平方向和垂直方向，形成矢量光点n图线：缺陷通过线圈时，检测信号变化使光 点连续变化，形成特定的8字图线3233n显示信息：光点的位置反映信号的幅度和相 位；根据相位信息可判断缺陷的种类或深度 位置n报警方式：幅度-相位报警 弧线,扇形区3435
