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1、涡流检测仪器与器材 宋 凯 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室,目录,2.2 涡流检测仪器,2.1 涡流传感器,2.3 试样与辅助装置,2 涡流检测仪器与器材,一、概述,第一代产品分立元件，单频，一维显示 第二代产品集成电路、平面阻抗，二维显示 第三代产品软硬件一体、多频、混频 第四代产品数字化、多通道技术、频谱分析、 涡流成像 第五代产品DSP技术、阵列技术、集成技术、 通信技术等多技术相互融合,按用途 探伤仪 材料分选仪（电导率仪） 测厚仪 多功能检测仪 技术特性 单频涡流 多频涡流 远场涡流 多通道涡流（涡流阵列检测）涡流扫描成像 电扰动涡流 低频电磁场 视频涡流 焊缝涡流检测,
2、低频涡流检测系统,金属材料涡流分选系统,SMART-97专用于飞行器检测,SMART-2005智能涡流/超声检测仪,2.1 涡流传感器,检测元件,检测线圈 激励和拾取信号 根据被检构件设计不同类型和大小的传感器 受温度影响较小，可适用于高温检测 霍尔传感器等元件 拾取磁场信息 温度影响大 灵敏度差异较大,按感应方式,自感式（参量式）,互感式（变压器式）,按应用方式,外穿过式,内穿过式,放置式,按比较方式,绝对式 自比较式 他比较式,线圈与仪器的连接方式,电桥连接,绝对式,差动式,涡流探头检测的缺陷类型,环绕型线圈：管材或棒材，对纵向且在径向具有不同深度的裂纹、折叠、未焊透等检测灵敏度高；差动式
3、线圈对长条状缺陷端部敏感，对中间区域无信号；对于管、棒的分层缺陷，信号较小； 放置式线圈：裂纹检测灵敏度高；腐蚀坑采用自比差动式线圈信号变化平缓；分层缺陷难以发现；垂直于试件表面的裂纹，涡流垂直开裂面，探头以何种角度扫过缺陷，涡流响应都基本一致。,线圈电感的计算,2.2 涡流检测仪器,涡流检测仪器,原理性仪器 幅值显示仪器,阻抗平面分析显示涡流仪,1、激励电路,激励信号发生器主要是给涡流探头提供所需频率的正弦波激励信号； 分立器件：电路简单、易起振、频率稳定性较好，但是功耗很高，容易产生杂波，不易精确调节振荡频率 集成芯片：能产生多种波形，且具有频率范围广、精度高、频率稳定等诸多优点，如MAX
4、038 数字合成：能够产生任意波形并达到很高的频率。但外围电路复杂、成本较高，如AD9833,MAX038是MAXIM公司宽带波形发生器，产生1Hz-20MHz宽频带、高精度、占空比可调的正弦波、三角波或矩形波；各种波形的输出幅度可达2V（峰峰）；可实现占空比和频率调节。,ADI公司生产AD9833，产生正弦波、三角波、方波输出。AD9833无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，频率寄存器是28位的，主频时钟为25MHz时，精度为0.1Hz，主频时钟为1MHz时，精度可以达到0.004Hz。,查询表包括幅值和相位信息，映射成正弦波幅度的数字量信号，取DAC输出模拟量，,AD9
5、833输出的正弦波信号幅度只有0.6V0.8V左右，并且包含有高次谐波分量，不能直接作为探头的激励信号，必须经过滤波、放大和驱动电路后才能加载到检测探头之上。,有源滤波器的传递函数（A点到B点）为： 其中 为有源滤波器通带增益； 1/(R29*C100)为特征角频率； Q为等效品质因数，当其为0.707时幅频响应较平坦，当大于0.707时，将出现峰值； B点到C点为一反相放大电路，将激励信号进一步放大，放大增益为,加载到探头上的激励信号不光要有一定的电压大小，还要有一定的驱动电流，而一般运放的电流驱动能力只有20mA左右，不能满足要求。,其中R41和R43为三极管Q1和Q3的导通提供偏置电压；
6、当VD正弦波正半波时，Q3和Q2导通；当VD为正弦波负半波时，Q1和Q4导通；R55和R56选取的越小，E点可提供的驱动电流越大,2、桥式电路,理想状态下，电源内阻Z0趋近为0; 电源加在AB两端的电压为： CD间输出电压为: 检测工件，Z3变成了Z3+Z3, 则输出为：,若电桥平衡，则,输出电压的变化为: 考虑到 ,上式可近似为：,阻抗线圈变化率,桥臂比,桥臂系数,桥臂系数对灵敏度的影响,|K|取决于a和，可见a=1和180时，|K|有最大值。 谐振: K可获得最大值；但在某一状态下谐振，而另一状态可能会失谐，灵敏度变化较大；,M - A的实部 N - A的虚部 -A的相位角,桥路处于稍失谐
7、的工作状态,3、放大电路,电桥输出信号较小，需要进行放大；,单位dB,如果涡流仪增益范围为0-100dB，则：,特性： 输入级噪声低；放大倍数大；动态范围宽；失真小；稳定。,仪用放大器AD620，该款芯片具有增益范围大、精度高、低功耗、尺寸小等优点。AD620是在传统的三运放组合方式上集成单片运算放大器。,4、相敏检波,高频分量滤掉,MLT04是美国ADI公司推出的四通道四象限的高性能模拟乘法器。它包含四个完全独立的高精度四象限乘法单元，采用的制作方式为互补双极性工艺，所以它的每个通道带宽可达8MHz；,MAX274是一种八阶连续时间的有源滤波芯片，中心频率范围为 100Hz150kHz，具有
8、四个独立的滤波单元，每个单元只需外接4个电阻，即可实现多种形式滤波，如巴特沃斯滤波、切比雪夫滤波和巴塞尔滤波等等。,步骤1：计算R2=2109/F0； 步骤2：计算R4=R25k； 步骤3：计算R3=（Q2109 /F0）（RX/RY），RX和RY为滤波单元内两个电阻； 步骤4：计算R1=2109/（F0* HOLP）(RX/RY),HOLP是输入频率为0时管脚LPO增益。 电路中的截至频率为150Hz,1对2通道模拟开关CD4053、低通滤波器和减法器组成,涡流信号f送入CD4053的公共端a、c脚，检波控制信号ctrl0和ctrl90分别为参考信号和90相移的参考信号，分别接到模拟开关控制
9、端。,涡流检测信号形成及分析,放置式涡流探头,差动探头接入电桥,内穿过式涡流探头,最终形成信号：绝对式与差动式有差异；,频率对检测信号的影响,缺陷深度的影响,左图20，右图110,移相器,相敏检波需要一路信号移相90； 性能要求：移相360保持输出幅度不变；,5、提离效应抑制电路,提离效应：放置式涡流探头中，试件和线圈之间的间隙变化对检测线圈产生的影响 提离效应影响常常大于缺陷对探头阻抗的变化；,谐振电路法,谐振时 若线圈与金属表面有提离存在，相当于电路中感抗 变化了,不平衡电桥法,电桥处于不平衡状态,电容取C，则输出电压的幅值为UOP，输出电压不随提离而变化，抑制了干扰。此时电桥不平衡。,6
10、、残余电压补偿电路,L1、L3的电压与激励电流相位差为/2，为纵坐标；调节R和C使L2电压和电流同相，为横坐标； 调节芯块，改变电感之间耦合程度，改变纵轴和横轴大小，产生补偿电压抵消残余电压。,差动线圈具有非一致性时，差动线圈残余电压输出；,自动平衡调节装置,7、显示与记录装置,指针式电表 指针式电表体积小、重量轻，不需要复杂的辅助电路，因而在便携式的小型涡流检测仪器中得到了广泛的应用。 数字显示器,4.3 试样与辅助装置,1、标准试样与对比试样,标准试样：按相关标准规定的技术条件加工制作、并经被认可的技术机构认证的用于评价检测系统性能的试样。（与磁粉检测B、E型试块类似，评价系统性能，不用于
11、产品检验） 对比试样：针对被检测对象和检测要求按照相关标准规定的技术条件加工制作、并经相关部门确认的用于被检对象质量符合性评价的试样。 （一般不允许带有自然缺陷）,标准试样,GBT 14480.32008无损检测涡流检测设备 第3部分：系统性能和检验 GBT 144801993 涡流探伤系统性能测试方法 YBT 4083-2011 钢管自动涡流探伤系统综合性能测试方法 JJG 0061-2001 涡流探伤仪检定规程,对比试样,MH/T 3002.5一1997 航空器无损检测涡流检验 DL / T 925一2005汽轮机叶片涡流检验技术导则,电导率测量与分选试样,GB/T 12966-2008 铝合金电导率涡流测试方法 YB/T 127-1997 黑色金属电磁(涡流)分选检验方法,膜层厚度测量试样,GB/T 4957-2003 非磁性基体上非导电覆盖层 覆盖层厚度测量 涡流法,辅助装置,进给装置 传动速度稳定，误差5%以内； 传动速度可调 保持同心度,1、上料台架 一套 2、自动上料装置 一套 3、输送辊道 一套 4、电脑型涡流探伤仪 一台 5、涡流探伤磁化主机 一台 6、下料分选集料槽 一套 7、电气控制系统 一套 8、交直流退磁装置 9、缺陷打标装置,报警装置,扇形区域报警 声光报警,磁饱和装置,功能：抑制磁导率波动噪声；减少构件磁导率，使探测深度加大；,
