涡流检测新型技术.doc

机电082 裴文星 200800384208 目前涡流检测新型技术一、多频检测技术多频技术是采用几个频率同时工作，利用混频单元能抑制多个干扰因素，提取所需信号。国外已成功地应用这项技术进行核电站蒸汽发生器管道的在役检查。80年代初，为解决同样问题，我国引进多频涡流检测设备，并开展了自行设计研制工作。如上海材料所与728所合作研制的MFE-1型三频涡流仪但当时多频技术尚不成熟，存在许多不足，前者仅能用于理想状态试验室，与现场检测有相当距离。此后厦门电视大学和爱德森公司相继研制出实用的ET-255型电脑双频涡流仪及EEC-35+智能全数字多频涡流仪。目前爱德森公司生产的EEC-39RFT+多频涡流仪同时具有8个相对独立的工作频率，16个检测通道，在用于热交换器管道在役检测时，能有效地消除管道中支撑板、管板等产生的干扰信号，可靠地发现裂纹及腐蚀减薄缺陷，其技术性能已达到美国同类产品(如 MIZ-40、MIZ-27等)的水平。二、远场涡流检测技术远场涡流(remote field eddy current, RFEC)检测技术是一种能穿透铁磁性金属管壁的低频涡流检测技术。它使用一个激励线圈和一个设置在与激励线圈相距约二倍管内径处的较小的测量线圈同时工作，测量线圈能有效地接收穿过管壁后返回管内的磁场.从而有效的检测金属管子内壁缺陷与管壁厚薄，远场涡流检测除了具有常规涡流检测的特点外还独具有透壁性，能检测整个管壁上的缺陷而不受集肤效应的影响。早在1951年，美国便申请了远场涡流试验的专利。50年代末，远场涡流检测技术首先被应用于油井套管的检测。但当时由于人们对远场涡流技术机理的认识有限和电子技术设备的限制，远场涡流技术并没有得到应有的重视。直到80年代中期，随着远场涡流理论的逐渐完善和实验论证，远场涡流技术用于管道(特别是铁磁性管道)检测的优越性才被人们广泛认识。一些先进的远场涡流检测系统也开始出现。并在核反应堆压力管、石油及天然气输送管和城市煤气管道的检测中得到实际应用。最近的一些研究表明，远场涡流现象不仅存在与管材中，而且存在与导电板材中，由于远场涡流检测不受集肤效应的限制，采用远场涡流对板材检测深度的限制将会大大的降低，因此，通过将远场涡流推广到对导电导磁板材的检测，远场涡流检测的应用范围将会越来越广。在信号处理方面，远场涡流检测技术与多频检测技术的结合使用，能够有效的将支撑板等干扰信号分离出来。但是，常规涡流检测中对于缺陷的定位比较容易，而由于远场涡流检测中不存在集肤效应及深度方向的相位滞后，因此在缺陷的定位方面还不能象常规涡流检测那样精确，有待进一步的研究。我国对远场涡流技术的研究始于80年代后期。当时，南京航空学院和上海材料研究所等单位在远场涡流检测技术的机理研究和设备研制上都有较大突破。南京航空学院还于1990年出版了有关远场涡流检测技术的专辑，系统地介绍了远场涡流现象的机理研究、远场效应的二维瞬态与三维准稳态有限元仿真的计算结果、远场涡流探头性能指标分析，远场涡流检测系统的研制、脉冲激励下的远场涡流现象以及国外在各类管道检测实际应用中的研究成果等，对在我国推广这一先进技术起了先导作用。此后，爱德森(厦门)电子有限公司等单位研发的EEC-39RFT、EEC-35RFT、ET-556H等型远场涡流检测仪器，对我国远场涡流检测技术的实际工程应用起到了很好的推动作用。三、柔性阵列涡流传感器技术阵列涡流(Arrays Eddy Current, AED)传感器测试技术的研究始于2O世纪80年代中期，在20世纪80年代末到90年代初，出现了一批电涡流阵列测试方面的文献和专利。近十年来，随着传感器技术的发展以及加工工艺技术水平的提高，电涡流传感器阵列测试的研究和应用得到极大的发展，不仅用来测量大面积金属表面的位移，而且由于具有同时检测多个方向缺陷的优点，被广泛应用于金属焊缝的检测，飞行器金属部件的疲劳、老化和腐蚀检测，涡轮机、蒸气发生器、热交换器以及压力容器管道等的无损检测中。阵列式涡流检测探头是将很多小探头线圈按特定的结构类型密布在敞开或封闭的平面或曲面上构成阵列。工作是采用电子学的方法按照设定的逻辑程序，对阵列单元进行实时/分时切换。将各单元获取的涡流响应信号接入专用仪器的信号处理系统中去，完成一个阵列的巡回检测，阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当与传统的单个涡流检测探头对部件受检面的反复往返步进扫描的检测过程。对于高分辨率的大面积涡流检测，阵列式涡流检测探头明显比传统的扫描探头更具优势，阵列式涡流检测探头在检测时，其涡流信号的响应时间极短，只需激励信号的几个周期，而在高频时主要由信号处理系统的响应时间决定。因此，阵列式涡流检测探头的单元切换速度可以很快，这一点是传统探头的手动或机械扫描系统所无法比拟的。此外，传感器阵列的结构形式灵活多样，可以非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测，而且这种发射/接收线圈的布局模式成倍的提高了对材料的检测渗透深度，因此，阵列式传感器的研究成为当前传感器技术研究中的重要内容和发展方向。我国对于阵列涡流传感器技术的研究始于近年，清华大学、吉林大学、国防科技大学等单位发表了多篇关于涡流传感器阵列测试技术的研究文章;爱德森(厦门)电子有限公司则研制出工作频率为50KHZ2MHZ、有效扫描宽度为55mm、双阵列、反射自旋式，用于铝合金板检测的阵列涡流传感器。相信在不久的将来，阵列涡流传感器技术一定会在我国各工业部门得到普及和发展。四、脉冲涡流检测技术脉冲涡流(Pulsed Eddy current，PEC)检测技术是用以亚表面缺陷检测的一种新型无损检测技术，是涡流检测的一种新的应用领域，它以测得的磁场最大值出现的时间来确定缺陷位置，从而实现缺陷的无损检测和定量化描述。早在上个世纪70年代，美国的利比(Libby)就提出了脉冲涡流检测技术的理论和应用。但是，直到近年，这一技术才在美国爱荷华州大学、英国的DERA 及法国的Cegely实验室取得了一些实质性的进展和成功，并在现代无损检测技术的研究和发展中倍受关注。与传统的单频正弦涡流相比，脉冲涡流具有许多优势。传统涡流采用单一频率的正弦电流作为激励，脉冲涡流则采用具有一定占空比的方波作为激励;传统涡流检测对感应磁场进行稳态分析，即通过测量感电压的幅值和相角来确定缺陷的位置，而脉冲涡流则对感应磁场进行时域的瞬态分析，以直接测得的感应磁场最大值出现的时间来进行缺陷检测。在理论上，脉冲涡流比单频正弦涡流能提供更多信息，因为脉冲涡流可提供某一范围的连续多频激励。此外，脉冲涡流信号比多频涡流信号响应更快，因为它同时运行一列不同的电流频率。目前，我国也已开始了应用脉冲涡流技术检测金属表面裂纹的研究工作。五、磁光/涡流成像检测技术以电涡流效应与法拉第磁光效应为理论基础的磁光/涡流成像(Magneto-optic Eddy Current Imaging, MOI)技术，是上个世纪80年代末期发展起来的一种新兴的涡流无损检测方法，这种检测技术既可以实现对亚表面细小缺陷的可视化无损检测，又可实现快速、精确的大面积实时检测，使“非可视现象实时可视化”。磁光/涡流成像的原理是：以脉冲信号激励线圈使其在受检金属试件中感生涡流，若试件表层存在缺陷则会改变该涡流的分布，相应地改变涡流激发的磁场;磁光传感器(磁光石榴石薄膜)在该磁场的作用下会产生磁光效应，使经过的激光的偏振方向发生偏转;包含了缺陷信息的光线经偏振分光镜反射后被CCD接收，就可以对所检出的缺陷进行实时成像。磁光/涡流成像(MOI)技术目前主要用于航空部门对飞机的维修检查中，采用磁光/涡流成像术可对表面及亚表面的疲劳裂纹和腐蚀损伤进行实时成象检测，具有快速，准确，结果直观，便于采用录像或摄影等方式保存检测结果等特点。目前，MOI技术已被美国波音和麦道等商用航空公司，美国航空航天局(NASA)以及美国空军用于波音747等多种机型的常规维修检查中。我国于上个世纪90年代末期也开始了这项技术的研究工作，武汉理工大学、南昌航空工业学院、四川大学、西南科技大学等单位发表了多篇关于磁光/涡流成像检测技术的理论研究与应用文章。标志我国无损检测界紧紧跟踪了该项电磁涡流检测新技术。六 深层涡流技术集肤效应使涡流检测仅局限于检验表面和近表面的缺陷, 而提高涡流检测深度一直是重要的研究课题, 如在探测飞机蒙皮, 壁板内表面腐蚀和翼梁、析条等内部结构件裂纹等缺陷时, 检测深度往往需 3-4 mm 以上。80年代中期, 国外已开始有深层涡流技术研究成果的报道, 如美国Babcock公司的John, 在第11届世界无损检测会议上就介绍了他们研制成功的一套深层涡流系统及实验结果。应用该套装置能有效地探测到25mm厚的304不锈钢焊缝上相对表面深度为板厚20%、长为50 mm 的裂纹，（焊缝增强层厚)。深层涡流技术实际上是低频涡流和多频涡流技术结合的成果。即采用较低的工作频率来增大涡流渗透深度, 用多个频率工作来抑制不需要的信息而提取有用的检测信号, 从而达到探测较深部位缺陷的目的。国内在1987 年开始了这项研究工作并取得了进展。90年代以来, 民航系统