涡流无损检测

1、 1 无损检测(Nondestructive Testing, NDT)是一门涉及多学科的综合性应用技术，它以不损害被检对象的内部结构和使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效地检验和测试，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，进而评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能【1-6。无损检测技术是现代工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反应了一个国家的工业发展水平，其重要性己得到世界范围内广泛公认。无损检测技术的应用范围十分广泛，遍布工业发展的各个领域，在机械、建筑、冶金、电力、石油、造船、汽车、宇航、核能、铁路等行业中被普遍采用，成为不可

2、或缺的质量保证手段，其在产品设计、生产和使用的各个环节中己被卓有成效的运用4,7-16。2 以德国科学家伦琴1895年发现X射线为标志，无损检测作为应用型技术学科己有一百多年的历史l70 1900年，法国海关开始应用X射线检验物品;1922年，美国建立了世界第一个工业射线实验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事工业和机械制造业等领域得到了广泛应用，射线检测技术至今仍然是许多工业产品质量控制的重要手段。1912年，超声波检测技术最早在航海中用于探查海面上的冰山;1929年，将其应用于产品缺陷的检测，目前仍是锅炉压力容器、铁轨等重要机械产品的主要检测手段。1930年后，开始采用磁粉检测方法来检测车

3、辆的曲柄等关键部件，以后在钢结构上广泛应用磁粉探伤方法，使磁粉检测得以普及到各种铁磁性材料的表面检测。毛细管现象是土壤水分蒸发的一种常见现象，随着工业化大生产的出现，将“毛细管现象”成功地应用于金属和非金属材料开口缺陷的检测，其灵敏度与磁粉检测相当，它的最大好处是可以检测非铁磁性物质。经典的电磁感应定律和涡流趋肤效应的发现，促进了现代导电材料涡流检测方法的产生。1935年，第一台涡流探测仪器研究成功。到了二十世纪中期，建立了以射线检测(Radiographic Testing, RT、超声检测(Ultrasonic Testing, UT、磁粉检测(Magnetic Testing, MT、渗

4、透检测(Penetrant Testing, PT)和涡流检测(EddyCurrent Test, ECT五大常规检测技术为代表的无损检测体系【“。 作为五大常规无损检测方法之一的涡流检测技术，是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，主要适用于导电材料(如金属材料、可感生涡流的非金属材料等)近表面缺陷的检测，其具有以下特点y,2,i9,2o. 1.非接触检测，能穿透非导体涂镀层，可以在不清除零件表面油脂、积碳和保护层的情况下进行检测。 2.检测无需祸合介质，可以在高温状态下进行检测。探头可伸入到远处作业，故可对工件的狭窄区域、深孔壁等进行检测。 3.对工件表面或近表面的缺陷，有很高的检出

5、灵敏度，且在一定的范围内具有良好的线性指示，可对大小不同的缺陷进行评价。 4.可以对工件表面涂层厚度进行测量，如测量导电覆盖层或非导电涂层的厚度;可以对导体的电导率进行测量，进行材料的分类。 5.由于检测信号为电信号，所以可对检测结果进行数字化处理，并将处理后的结果进行存储、再现及进行数据比较分析。 多频涡流检测(Multi-Frequency Eddy Current Testing, MFECT)技术是一种涡流检测新技术，它用多个频率激励传感器，比用单个频率作为激励信号的常规涡流检测技术能获取更多信息【i,2,2i-23。检测中如何充分利用所获取的信息，对其进行特征提取分析是多频涡流检测技

6、术的关键问题，其检测结果比常规涡流检测技术可以更有效地实现干扰抑制或者多参数检测。 31.2涡流检测技术的研究进展 1.2.1涡流检测技术的发展历程 涡流现象的发现己经有近二百年的历史。奥斯特(Oersted、安培(Ampere ) ,法拉弟(Faraday、麦克斯韦(Maxwell)等世界著名科学家通过研究电磁作用实验，发现了电磁感应原理，建立了系统严密的电磁场理论，为涡流无损检测奠定了理论基础l。1879年，体斯(Hughes)首先将涡流检测应用于实际一一判断不同的金属和合金，进行材质分选。自1925年起，在美国有不少电磁感应和涡流检测仪获得专利权，其中，Karnz直接用涡流检测技术来测量

7、管壁厚度;Farraw首次设计成功用于钢管探伤的涡流检测仪器。但这些仪器都比较简单，通常采用60Hz ,110V的交流电路，使用常规仪表(如电压计、安培计、瓦特计等)，所以其工作灵敏度较低、重复性较差。二战期间，多个工业部门的快速发展促进了涡流检测仪器的进步。涡流检测仪器的信号发生器、放大器、显示和电源装置等部件的性能得到了很大改进，问世了一大批各种形式的涡流探伤仪器和钢铁材料分选装置，较多地应用于航空及军工企业部门。当时尚未从理论和设备研制中找到抑制干扰因素的有效方法，所以，在以后很长一段时间内涡流检测技术发展缓慢。 直到1950年以后，以德国科学家福斯特(Foster)博士为代表提出了利用

8、阻抗分析方法来鉴别涡流检测中各种影响因素的新见解，为涡流检测机理的分析和设备的研制提供了新的理论依据，极大地推动了涡流检测技术的发展。福斯特也因此当之无愧地被称为“现代涡流检测之父”。由于福斯特的卓越贡献，自20世纪50年代起，美国、前苏联、法国、英国等工业发达国家的科学家积极开展涡流检测技术研究。到20世纪70年代以后，电子技术和计算机技术飞速发展，有效地带动了涡流检测仪器技术性能的改进，进一步突现了涡流检测技术在探测导电材料表面或近表面缺陷应用中的优越性。世界各国相继开展了大量的涡流检测技术研究和仪器开发工作，发表了大量的研究论文，并研制生产了一些高性能的涡流检测仪器L=l。我国从20世纪

9、60年代开展涡流检测技术的研究工作，并先后研制成功了一系列涡流检测仪器，如厦门爱德森公司的系列涡流检测仪器。涡流检测技术的发展得到实质性的突破并步入实用化阶段。此后，随着电子技术尤其是计算机和信息处理技术的进一步发展，影响和促进了涡流检测技术与仪器的不断更新和进步。 从涡流检测仪器的发展历程来看，可分为五代产品fall。第一代产品是以分立元件为基础，采用简单谐振方式的一维显示模拟仪器，只有一种检测频率。第二代产品是以阻抗平面分析法为基础，部分采用集成电路技术的二维显示模拟仪器，检测时可以选择不同的激励频率以适应不同检测材料的要求。第三代产品是多频涡流检测仪器，检测时对探头施加两个或两个以上不同

10、的检测频率，利用不同频率下被检导体材料反射阻抗不同的原理，提高了对材料特性或缺陷的检测能力，并通过混和运算抑制干扰信号，达到去伪存真的目的。第四代产品是以计算机技术为基础的智能化、数字化产品，其特点是能够大大简化操作，提高检测效率和数据处理能力，并具备频谱分析、涡流成像等功能。第五代产品是DSP技术、阵列技术、多通道技术、通信传输技术及其它无损检测技术相互融合为一体的多功能仪器，它能够对缺陷进行检测、分析、判断，并通过其它技术的辅助检测，验证其结果的正确性。涡流检测技术己进入一个全新的发展时代，具有乐观的发展前景。4 1.2.2涡流检测新技术 随着人类科技不断进步，工业化程度不断提高，对材料和

11、产品的质量检测要求也不断提高，常规涡流检测技术自身存在的一些局限性，如对提离效应敏感、检测速度慢、探测深度小等问题，发展并提出了一些新的涡流检测技术a,aa,as-3a除本文研究的多频涡流检测技术以外，还有交变磁场测量(Alternating Current FieldMeasurement, ACFM)技术、脉冲涡流检测(Pulsed Eddy Current Testing, PELT技术、远场涡流检测(Remote Field Eddy Current Testing, RFECT)技术、涡流阵列检测(Eddy Current Array Testing, ECAT)技术、磁光/涡流成像

12、检测(Magneto-Optical Eddy Current Imager, MOI)技术等。这些新的涡流检测技术以各自独特的优点在不同的行业得到了广泛应用，弥补了常规涡流检测技术的不足。下面对这几种涡流检测新技术作简单介绍。 1.2.2.1交变磁场测量技术 交变磁场测量技术是近几年兴起的精确测量表面裂纹的无损检测方法，它由交流电势降(Alternating Current Potential Drop, ACPD)技术发展而来，其突出优点是能测量裂纹尺寸33-35 o ACFM法结合ACPD法能测定裂纹尺寸和涡流法无需同工件接触的优点，无需人工标定试块，具有精确理论依据的数学模型，能够实现

13、缺陷的定量检测。当载有交变电流的检测线圈靠近导体时，交变电流在周围的空间中产生交变磁场，被检对象表面感应出交变涡流;当表面无缺陷时，表面涡流线彼此平行，形成近似匀强涡流场，在周围空间产生近似匀强的交变电磁场;当被检对象表面存在缺陷时，由于电阻率的变化，涡流场发生畸变，匀强涡流分布受到破坏，进而匀强磁场发生变化，测量该扰动磁场的变化，即可判断出缺陷。在20世纪80年代后期，ACFM法首先被应用于石油和天然气的水下结构和海上平台设备的无损检测中，用来探测结构关键部位焊缝和表面涂层。现己被广泛应用于石油化工、海上平台、铁路运输、电力工业及航空航天等十分广泛的领域中，并取得显著效果36-40 1.2.

14、2.2脉冲涡流检测技术 脉冲涡流检测技术采用脉冲信号激励，通常为具有一定占空比的周期矩形波，施加在探头上的激励信号会感应出脉冲涡流在被检对象中传播。根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一个快速衰减的磁场;随着感生磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压41-43。与传统的常规涡流检测技术相比，脉冲涡流检测技术具有许多优势。常规涡流检测技术采用单一频率的正弦信号作为激励，主要对感应磁场进行稳态分析，即通过测量感应电压的幅值和相位来识别缺陷;而脉冲涡流检测技术主要对感应电压信号进行时域的瞬态分析，提取信号特征量，分析缺陷尺寸、类型和结构参数等变化。在理论上，由于脉冲涡流检测技术中的激励信

15、号可以看成一系列不同频率正弦谐波的合成信号，具有很宽的频谱，广义上可以认为其是一种多频涡流检测技术，所以，可以比常规涡流检测技术提供更多信息44-51。脉冲涡流检测技术主要应用于导体较深层缺陷、飞机机身多层结构等的探测52-54 1.2.2.3远场涡流检测技术 远场涡流检测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术55,56。探头通常为内通式，由激励线圈和检测线圈构成，检测线圈与激励线圈相距约2-3倍管内径长度;激励线圈通以低频交流电流，感应出的磁力线穿过管壁向外扩散，在远场区又再次穿过管壁向管内扩散，被检测线圈接收，从而有效地检测金属管子的内、外壁缺陷和管壁厚薄变化等情况57-60。远场效应

16、是20世纪40年代发现的，各国科学家对远场涡流检测技术进行了不断的探索，使远场涡流理论得到了逐步完善和实验验证。直至2000年，美国试验与材料学会(American Society for Testingand Materials, ASTM)颁布了“Standard Practice for In Situ Examination ofFerromagnetic Heat-Exchanger Tubes Using Remote Field Testing”的标准，标志着远场涡流检测技术正式被接受成为一项有效的管道无损检测方法61,62。远场涡流检测技术主要应用于核反应堆压力管、石油及天然气

17、输送管和城市煤气管道等结构的探伤63-65 1.2.2.4涡流阵列检测技术 与常规涡流检测技术相比，涡流阵列检测技术的主要不同点是探头由多个独立工作的线圈构成，这些线圈按照特殊的方式排布，且激励线圈与检测线圈之间形成两种方向相互垂直的电磁场传递方式，有利于发现取向不同的线性缺陷66,67涡流阵列探头中包含几个或几十个线圈，不论是激励线圈，还是检测线圈，相互之间距离都非常近，保证各个激励线圈的激励磁场之间、检测线圈的感应磁场之间不相互干扰，是涡流阵列检测技术的关键。在检测过程中，采用电子学的方法，按照设定的逻辑顺序，对阵列单元分时切换，将各单元获取的涡流检测信号采集进入仪器的信号处理系统。涡流阵

18、列检测技术除了具有扫查覆盖面积大、检测速度快等优点外，其探头外形可根据实际被检对象的形面进行设计，因此还具有容易克服提离效应影响的优势;采用C扫描显示方式时，图像直观清晰，检测结果一目了然68,69涡流阵列检测技术不仅能够对被检对象展开的或封闭的检测面进行大面积的高速扫描，而且能用于扫描任何固定形状构成的检测面，如各种异型管、棒、条、板材，以及飞机机体、轮毅，发动机涡轮盘桦齿、外环、涡轮叶片等构件的表面70-75 1.2.2.5磁光/涡流成像检测技术 磁光/涡流成像检测技术是以法拉第电磁感应和磁光效应为基础而提出的一种无损检测方法【76，77。磁光效应是指当以平行于外加磁场方向传播的线性偏振光

19、穿过磁场中的旋光介质时，其偏振平面会被扭转的现象。在磁光/涡流成像检测技术中，通常采用交流(脉冲)激励线圈在被测导体上感应出涡流，涡流感生的磁场对通过磁光介质的线偏振光产生作用。根据涡流检测原理可知，只要在被检对象中的检测区域内产生直线流动、分布均匀的层状涡流，此涡流会在空间感应出垂直于被检对象的均匀磁场。如果试件中在该区域内含有缺陷，则缺陷处涡流的流动将发生变化，并引起该处的垂直磁场分布发生变化。此时，磁光传感元件将磁场的这种变化转换成相应的光强变化，即可对缺陷进行实时成像s-sod磁光/涡流成像检测技术主要应用于航空航天装备的快速、准确、可视化无损检测si-s35 1.2.3涡流检测技术研

20、究的热点问题 在涡流检测技术的发展中，主要围绕以下几个关键问题进行研究，推动着涡流检测技术的不断进步。1.2.3.1涡流检测的理论问题研究涡流检测的理论问题一般分为涡流正问题(Forward Problem)和涡流逆问题(Inverse Problem。涡流正问题是在条件(检测距离、缺陷等)己知的情况下，求解涡流传感器的磁场分布、阻抗变化等。涡流逆问题是在电磁场分布或者涡流传感器输出己知的情况下，对被检对象有关参数进行辨识的问题，包括位置辨识、形状辨识和媒质参数(电导率、磁导率、介电常数等)辨识。 1.涡流正问题 涡流正问题的研究为涡流逆问题的解决提供理论支持，大多数涡流正问题的解存在且唯一。

21、国内外学者对涡流正问题开展了大量的研究工作。在解析计算方面，国外的主要研究有，1968年，美国学者Dodd C V和Deeds W E利用巧妙的数学方法求解了关于矢量磁位的边值问题，建立了位于两层线性、各向同性、均匀半无限大导电媒质上方涡流传感器的数学模型，求解格林函数并应用叠加原理给出了涡流传感器阻抗的闭合解析表达式84。该模型成为后来许多学者继续研究的基础，其模型和求解算法不断得到优化。1971年，Cheng C C等改进模型，分析了半无限大任意多层线性、各向同性、均匀导电媒质中间的轴对称、时谐电磁场问题，采用矩阵方法求解各层媒质的格林函数，然后计算线圈的阻抗，但其表达式含有Bessel函

22、数的外积分区域从零到无穷大的二重广义积分，计算难度很大851994年，Bowler J R等提出了涡流检测中半无限大导体中理想裂缝模型，将理想裂缝假设为一个电流不可穿透的障碍面，其作用等效为一层面分布的电流偶极子，计算涡流传感器检测过程中的阻抗变化86。2005年，Theodoulidis T P等将半无限大导体上方涡流传感器阻抗求解积分表达式转化为无穷级数的和，简化了求解过程fgl。国内方面，2000年，雷银照采用矢量磁位计算轴对称圆柱导体的磁场分布，给出位于半无限大导体上方线圈传感器阻抗的解析表达式88。2002年，幸玲玲等研究了有限厚平板导体理想裂缝模型，导出了场点和源点位于同一区域时和

23、不同区域时的并矢格林函数，解决了计算等效电流偶极子面密度时遇到的积分奇点问题890 2004年，黄平捷等分析计算了多层导电结构厚度涡流检测传感器阻抗变化数学模型，并进行了实验验证90 随着计算机科学技术的发展，电磁场数值计算技术得到了广泛应用。功能强大的有限元数值计算方法使求解复杂结构的涡流问题成为可能，部分解析形式的涡流计算问题也转变成半解析半数值形式，加快了涡流问题的求解。国外的主要研究有，1993年，Machado V M等利用有限元方法计算了含有内部缺陷线性导体的数值计算问题，并和其解析解取得一致910 1997年，Badics Z等提出了一种直接计算导体内部缺陷扰动的三维有限元模型，

24、有效减少了数值计算时间，并对含有缺陷的管道模型进行了数值计算和实验比较92 0 2000年，Tanaka M等提出了一种涡流检测的快速有限元计算模型，通过提出的基函数选定求解区域，计算缺陷导致的矢量磁位变化93。2009年，Maouche B等提出了一种涡流检测传感器的半解析模型，进行了有限元数值计算和实验验证94。国内方面，2000年，蒋齐密等建立涡流检测的轴对称有限元模型，以条件变分法给出了涡流计算公式卿。2008年，谢德馨等研究了三维正弦涡流场和瞬态涡流场的有限元解法，铁磁材料中涡流场计算的特点和处理方法，有限元网格的自动生成和电磁场分析结果的后处理等问题96 2.涡流逆问题 涡流逆问题

25、和正问题有很大的不同97。多数情况下，正问题的己知条件是连续函数，而逆问题的己知条件是离散的;正问题的解是存在且唯一的，但逆问题的解不唯一，离散的己知输入数据有时使解根本不存在;正问题的解一般是数值稳定的，但逆问题的解大多是不稳定的。因此，涡流逆问题比正问题要复杂得多，很难得到其解析算法。目前，涡流逆问题的求解方法主要可以分为两大类，一类是电磁场微积分方程的数值求解，另一类是模式识别方法。 在数值法求解中，国外方面，1993年，Norton S J等采用体积积分方程和直接共扼梯度法重构分层媒质的电导率分布和导体表面裂缝的形状98。1998年，Yan M等采用有限元方法，通过迭代求解涡流检测的正

26、问题，使用最小二乘法逼近目标函数，从而得到逆问题的解99。国内方面，2000年，雷银照提出了一种三维缺陷的涡流逆问题计算方法，包括三维缺陷的数学描述、无约束极小化数学模型的建立和寻找极小点的数值方法97。在模式识别方法中，主要是采用人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)方法。人工神经网络是在一定程度上模仿人脑神经系统处理信息的方法，用大量基本神经元相互连接组成自适应非线性动态系统，具有大规模并行处理能力。在涡流逆问题求解过程中，通过对正问题的不断反复训练来求解逆问题。主要研究有，1997年，国外学者Wang B等分别采用多层前向感知器(Multi-Laye

27、r Perceptron, MLP)和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)两种神经网络模型，对涡流检测的实际数据和裂缝形状进行训练yoo 0 2002年，国内学者幸玲玲等在涡流缺陷检测中提出了组合神经网络(Composite NeuralNetwork, CNN)模型，降低了神经网络输入变量的维数，同时具有较高的缺陷识别率ioy 1.2.3.2涡流传感器的设计与优化 涡流传感器是涡流检测中信息获取的前端，国内外学者对涡流传感器的尺寸结构、有效屏蔽等方面进行了大量研究。传统的涡流传感器常常采用漆包线绕制，传感器的灵敏度受到线圈大小、形状，绕线线径、匝数、匝比，磁芯大小

28、、形状等的影响。 1997年，国外学者Wilde J等采用ANSYS有限元仿真软件对线圈涡流传感器结构进行了优化102 0 2003年，国内学者游风荷等应用粗糙集约简算法，指出了影响线圈涡流传感器性能的各因素之间关系，获得了涡流传感器的设计规则【io3 近年来，新型磁测量传感器不断被应用到涡流检测中，提高了涡流检测的灵敏度和空间分辨率，如新型巨磁电阻(Giant Magneto-Resistance, GMR)传感器、超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device, SQUID)传感器等。巨磁电阻传感器是基于GMR效应的磁场测量装置。GM

29、R效应是指微弱的磁场变化可以使得某些材料的电阻值发生明显变化。与线圈不同的是，巨磁电阻传感器直接测量磁场大小，其灵敏度与磁场的交变频率几乎无关，在很宽的频率范围(从DC到几兆赫兹)内具有很高的灵敏度，并且其具有可靠性好、抗恶劣环境、体积小及价格低等优点104-106年，国外学者Kim J等人己经将基于GMR磁测量传感器的涡流检测技术应用于飞机结构的检测中【io。在约瑟夫效应和磁通量子化效应基础上发展起来的超导量子干涉器，其性能远远超过常规器件，是当今最灵敏的磁测量装置。采用S QUID传感器的涡流检测仪器，具有检测灵敏度高、动态范围宽、空间分辨力高等特点，特别是工作在交流场检测模式时，容易实现

30、对深层缺陷的检测【ios,io9。该方法目前仍存在一些尚未解决的问题，国内外学者在S QUID的无损检测应用方面进行了大量的实验研究，涉及检测方法的改进、检测仪器的完善、空间分辨力的优化等，使商业化仪器逐渐成为可能mo,m 1.2.3.3涡流检测信号的处理方法研究 在涡流检测过程中，微弱涡流检测信号受到检测仪器内部电磁场、被检对象形状和表面特性、外界环境等的干扰，检测信号中往往带有高频噪声和低频扰动等，甚至湮没在噪声中，难于提取和判断。信号处理方法诸如傅立叶分析(FourierAnalysis)方法、小波分析(Wavelet Analysis)方法、主成分分析(Primary Componen

31、tAnalysis, PCA)方法、独立分量分析(Independent Component Analysis, ICA)方法等不断被应用于涡流检测中，增强检测信号，或者抑制其它干扰，提高缺陷判断的准确性。 国外方面，2004年，Shin B H将独立分量分析方法应用到管道涡流检测信号的处理中，实现了信号消噪和支撑干扰抑制l2。2005年，Tian G Y等将小波分析方法和主成分分析方法应用到脉冲涡流检测信号的处理中，提高了缺陷分类识别和定量检测的准确性m3。国内方面，2000年，孙晓云等研究了小波分析方法在涡流检测信号降噪中的应用，提出了采用小波多尺度边沿检测来消除支撑板干扰的新方法l40

32、2003年，何岭松等将数字滤波器技术应用到涡流检测信号处理中，有效降低了低频波动和高频干扰等【lls 0 2003年，林俊明等应用小波分析方法对涡流检测信号进行去噪，分辨出微弱的缺陷信号m66 1.3多频涡流检测的技术优势和研究进展 1.3.1多频涡流检测技术的特点及优势 在常规涡流检测过程中，主要通过测量涡流传感器输出信号的变化以得到被检对象特性。被检对象中影响涡流传感器输出信号的因素很多，诸如磁导率、电导率、外形尺寸和缺陷等，各种因素的影响程度各异。另一方面，在一次检测过程中，有时需要同时获得被检对象的多个参数。常规涡流检测技术采用单一频率工作，获取的信息量有限，难以满足实际检测过程中的更

33、高需求。单频涡流检测技术在检测过程中所采用激励信号的时域波形和频谱如图1.2所示。 1970年，美国科学家Libby H L首先提出多频涡流检测技术，用以实现涡流检测过程中的干扰抑制或者被检对象的多参数检测21。多频涡流检测技术采用多个不同频率激励涡流传感器，利用不同频率下，参数有不同变化的原理来实现的。在不同频率下得到的检测信号，通过一定的方法进行分析处理，提取多个所需参数，或者抑制干扰【1,3,21,117。多频涡流检测技术在检测过程中所采用同步合成激励信号的时域波形和频谱如图1.3所示。7 涡流技术由于具有的很多优点而被广泛应用。首先，它是非接触检测，而且能穿透非导体的覆盖层，这就使得在

34、检测时不需要做特殊的表面处理，因此缩短了检测周期，降低了成本。同时，涡流检测的灵敏度非常高。涡流检测按激励方式和检测原理的不同可以分为单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流等，下面对这些技术的发展简要的加以介绍。 传统的涡流采用单频激励的方式，主要来对表面及近表面的缺陷进行检测，根据被测材料及缺陷深度的不同，激励频率的范围从几赫兹到几兆赫兹不等，为了得到良好的检测信号，激励线圈必须在缺陷的附近感应出最大的涡流，感应电流的大小和激励频率、电导率、磁导率、激励线圈的尺寸和形状以及激励电流的大小有关64一69。通过测量阻抗或电压的变化来实现对缺陷的检测。然而，由于对其它参数也很敏感，这就影响了对缺陷

35、的检测。 为了克服单频涡流的缺点，1970年美国人Libby提出了多频涡流的技术 (Multi-frequency Eddy Current, MFEC)，多狈涡流是同时用儿个狈率信号激励探头，较单频激励法可获取更多的信号fs一9，这样就可以抑制实际检测中的许多干扰因素，如热交换管管道中的支撑板、管板、凹痕、沉积物、表面锈斑和管子冷加工产生的干扰噪声，汽轮机大轴中心孔、叶片表面腐蚀坑、氧化层等引起的电磁噪声，以及探头晃动提离噪声等。理论与实践表明，被测工件的缺陷和上述干扰因素对不同频率的激励信号各有不同的反应，可反应出不同的涡流阻抗平面。利用这一原理，用两个(或多个)不同频率的正弦波同时激励探

36、头，然后由两个 (或多个)通道分别进行检波、放大和旋转等处理，此后，通过多个混合单元的综合运算，就可以有效的去除信号干扰，准确的获取缺陷信号f 12l。但是，多频涡流只能提供有限的检测数据，很难以可视化的方式实现对缺陷的成像检测。 70年代中后期，脉冲涡流技术(Pulsed Eddy Current, PEC)在世界范围内得到广泛的研究，PEC最早由密苏里大学的Waidelich在20世纪50年代初进行研究，脉冲涡流的激励电流为一个脉冲，通常为具有一定占空比的方波，施加在探头上的激励方波会感应出脉冲涡流在被测试件中传播，根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一个快速衰减的磁场，随着感生磁场的衰

37、减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压，由于脉冲包含很宽的频谱，感应的电压信号中就包含重要的深度信息。脉冲涡流主要有以下几个特点24:不需要改变测试参数的设置，一次扫描就可以完成对大面积复杂结构的检测;探头上可施加较大的能量来实现对深层缺陷的检测;与多频涡流相比，仪器的成本低。8 远场涡流(Remote field eddy current, RFEC)技术最早发表于1951年美国W . R. M adean的一篇专利报告中u, 20世纪50年代末60年代初，壳牌公司的T. R. Schmidt教授研制成功了应用于油井套管检测的远场涡流仪。80年代，有限元法和计算机数值分析技术的应用进一步推动了远场涡流机理的研究，美国学者T. R. Schmidt教授、W . Lord教授、D. L.Atherton和我国的孙雨施教授等用有限元法和计算机仿真技术研究了远场涡流现