xx大学
毕业设计说明书
题目：管道弯管段脉冲涡流检测探头设计
与电磁场分析
完成日期：
摘要
管道在石油、化工和电力等行业中广泛使用，由腐蚀或侵蚀引起的壁厚减薄对其运行的可靠性和安全性有着严重的威胁。为此，对其进行定期的无损检测是件极其重要而又有着深刻意义的事。脉冲涡流检测具有无须停机、安全性好、成本低等优点，有望在对其检测中成为一种比较好的方法之一。但现有的脉冲涡流检测探头多针对平板或直管进行设计，实际检测中管线的连接处还存在弯管段，且该位置是腐蚀的易发区。弯管段的曲面形状复杂，常规的检测探头在该段存在盲区或检测精度降低。因此，有必要针对弯管段这一特殊位置进行探头的设计与电磁场分布研究。本设计围绕弯管段这一特殊位置，设计出适合管道弯管段的脉
冲涡流检测探头和配套机构，并运用ANSYS软件分析出脉冲激励下新探头与管道的电磁场分布，解决常规探头检测弯管段时的盲区问题。
关键词：无损检测，管道弯管段，壁厚减薄，脉冲涡流检测，解析模型，有限元分析
Abstract
Wall thinning caused by erosion or corrosion is most threatening to the reliability and safety of pipes which are commonly used in petroleum, chemical and power generation industries. Periodical nondestructive testing (NDT) is vital for continued safe operation. And this is a significant thing. Pulsed eddy current testing (PECT) has a powerful candidate to address this challenge, because it is an in-service safety and cost-effective method.But existing pulsed eddy current testing probe mostly design for flat or straight pipe, the joint of pipeline is curved section in practical testing, and the location is prone to corrosion. Because of complex shape of bending section, the conventional detection probe has blind area or lower accuracy in the segment. Therefore, it is necessary for the probe design of the special location and electromagnetic field distribution to study. This project designed pulsed eddy current testing probe and form a complete set of institutions around the bend pipe sections. Then it use ANSYS software to analysis the new probe and pipeline under impulse
excitation of electromagnetic field distribution, and solve the problem of conventional probe detection at bending section of blind area.
Keyword: Nondestructive testing; Pipe bending section; Wall thinning; Pulsed eddy current testing; Analytical model; ANSYS
目录
第一章绪论 (4)
1.1课题概述 (1)
1.2脉冲涡流检测技术的国内外基本研究情况 (2)
1.3论文主要内容的结构安排 (3)
第二章3D打印机方案确定 (9)
2.1 3D打印机设计关键 (9)
2.2总体方案分析 (9)
2.3主要特色及任务要求 (10)
第三章机床折叠功能的实现 (10)
3.1机架材料以及型号的选取 (11)
3.2机床结构分析 (12)
第四章电机驱动部分选型与计算 (13)
4.1步进电机的选取 (13)
4.2步进电机选型计算 (16)
第五章齿轮的强度计算 (17)
5.1齿轮的损坏原因及形式 (17)
5.2齿轮的强度计算与校核 (17)
第六章同步带的设计计算 (23)
6.1同步带传动特点 (23)
6.2同步环传动失效形式 (23)
6.3同步带传动计算与选型 (24)
第七章结语 (27)
参考文献 (28)
插图清单
图1-1 FDM工作原理图 (3)
图1-2桌面级3D打印机ReprapPro Mendel (4)
图1-3 桌面级3D打印机Makerbot Replicator 2 (5)
图1-4 Makerbot Replicator 2打印效果宣传图 (6)
图1-5 桌面级3D打印机Ultimaker (7)
图1-6 Ultimaker打印效果 (7)
图1-7桌面级3D打印机UP (8)
图3-1 2020欧标铝型材模型图 (11)
图3-2 2020欧标铝型材结构参数图 (12)
图3-3 铝型材机架模型图 (12)
图3-4 Y床铝型材螺栓固定模型图 (13)
图4-1 步进电机与伺服电机对照表 (15)
图5-1弯曲强度计算的齿向分布系数 (21)
图6-1 工作情况系数表 (24)
图6-2同步带选型图 (25)
图6-3小带轮最小齿数表 (25)
图6-4基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 (26)
第一章绪论
1.1课题概述
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有重要的战略地位。节能、改善环境、提高能源的利用率是一个趋势。在能源的传送过程中，管道是一个关键的基础设备，从而对管道的使用参数有着很高的要求。在实际的应用过程中，管线的连接处还存在弯管段。此处的钢管内壁是腐蚀的易发处，腐蚀机理与内部承载的介质有关，在管道内壁，本来就存在着流动加速腐蚀，而在弯管段，还存在液滴冲击腐蚀。当管壁减薄到一定程度时，会突然出现爆裂，其中包含的介质就会喷放出来，从而对外部环境造成严重的破坏。2004年8月9日，日本关西电力公司福井县美滨核电站3号机组涡轮机房的二回路蒸汽管线因严重腐蚀穿孔，发生蒸汽泄漏事故，蒸汽厂房内工人严重灼烫伤，造成4人死亡，7人受伤。中国腐蚀与防护学会、中国石油学会和中国化工学会联合调查的数据表明，对于各个行业来说，腐蚀造成的损失平均占国民生产总值的3%，但对石油与石化行业尤其严重，约占产值的6%。因此，为保障设备运行的高可靠性开展管道的检测方法研究是非常有必要的。对于电站、石化厂中的管道，由于管线已经安装完成，不方便使用像利用管内机器人的方式进行检查，优先选用管外检测方式。在管外检测方式中，脉冲涡流检测（PECT）作为一种新兴起的方法，在其中占有重要的先进地位。它具有检测速度快、人力耗费小、成本低、安全性高、稳定性好等特点。PECT技术起源于20世纪50年代Waidelich博士在美国阿贡国家实验室的研究工作，近年来由于老龄飞机结构检测的需求得到广泛的研究。当然PECT技术用于铁磁管道腐蚀检测现在也很火热。随着我国在能源、化工等基础建设方面不断加大投入，同时国家对于风险评估手段的引入与推广，也需要相应的在役检测技术来支撑。因此，PECT技术和检测设备应用前景广阔，市场空间巨大。但现有的脉冲涡流检测探头多针对平板或直管进行设计，实际检测中管线的连接处还存在弯管段，且该位置是腐蚀的易发区。弯管段的曲面形状复杂，常规的检测探头在该段存在盲区或检测精度降低。因此，有必要针对弯管
段这一特殊位置进行探头的设计与电磁场分布研究。设计出适合管道弯管段的脉冲涡流检测探头和配套机构，并运用ANSYS软件分析出脉冲激励下新探头与管道的电磁场分布，解决常规探头检测弯管段时的盲区问题。
1.2 脉冲涡流检测技术的国内外基本研究情况（针对管道）
目前，基于脉冲涡流的隔离层检测方法在日本被作为铁磁性管道的检测手段而处于研究当中，达到实用化阶段还需要一段时间。而在其它国家该方法作为保温层材料下的管道壁厚减薄的调查手段而在研究中，二十多年前美国ARCO 公司最初在世界上首次研制成了现场试验用的仪器。同时，荷兰RTD公司生产了产品化的用于对管道腐蚀缺陷检测的脉冲涡流INCOTEST 检测系统，该系统检测时针对不同的管径采用不同的传感器尺寸，实现了对不同管径下缺陷的有效检测。同时，该检测系统进行检测时不用去除管道的绝缘层和表面涂层。另外，该检测系统还应用于以下情况：绝缘层是湿的、不规则或不均匀；绝缘层内有加强的金属网；设备表面不洁净、有附着物、粗糙或有硬壳；设备处于运行状态等。在这些条件下，设备的应用均取得了良好的效果。
2005年，中国特种设备检测研究院（CSEI）从RTD公司进口了一套INCOTEST系统，用于带保温层钢质压力容器和管道腐蚀检测。通过使用该设备，CSEI已成功检测了数十条带保温层的工业管道和100多台带保温层的压力容器，并发现了一些严重腐蚀性缺陷。另外，CSEI与华中科技大学通过共同承担国家“十一五”科技攻关项目，已经成功开发了PECT系统样机。华中科技大学武新军教授等人根据脉冲涡流检测基本原理，研制出钢腐脉冲涡流检测系统。该系统可检测出120ｍｍ包覆层厚度下10％的钢腐蚀变化。当包覆层外部为白铁皮保护层时，由于铁磁材料的涡流集肤效应，检测灵敏度会下降很多，而白铁皮保护层在我国应用很多，下一步的工作是研制针对白铁皮的传感器，提高检测精度，扩大脉冲涡流检测系统的适用范围。
1.3论文主要内容的结构安排
针对上述问题，本文对管道弯管段脉冲涡流检测理论与方法进行了系统研究，主要内容包括：脉冲涡流检测的基本原理、管道弯管段脉冲涡流检测的理论模型、管道弯管段脉冲涡流探头及其配套机构的设计。
全文结构安排如下:
第一章为绪论。本章首先简单介绍了管道弯管段检测的研究背景。然后总结了下国内外脉冲涡流检测技术在管道方面的研究进展与现状。最后指出了全文的研究内容和总体框架。
第二章建立了弯管脉冲涡流检测的理论模型。本章首先对脉冲涡流检测的原理进行了介绍。然后建立弯管检测的有限元模型，查看各时刻管壁中涡流的分布情况，以及接受线圈上任意一点的随时间变化的感应电压信号。
第三章对弯管段脉冲涡流探头及配套机构进行了设计。首先对探头检测时的位置要求作了分析，然后针对要求做出方案，最后建立出三维装配图，画出工程图。
第四章为结语。本章对全文进行了总结，并指出今后可进一步对扶正机构的完善。
第二章3D打印机方案确定
2.1 3D打印机设计关键
ANSYS分析时GUI操作方式
1.指定工作文件名和分析标题
File>Change Jobname
File>Change Title
最后都是单击“OK”确定。
2.建立几何模型
建立管道的横截面和旋转轴
2.1建立圆面
Preprocessor>Modeling>Create>Area>Circle>Solid Circle
同样的方法，建立两圆面半径分别为0.0365m和0.0265m。
2.2建立旋转轴上的两个关键点
Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS
在如上的对话框中依次键入(0.073,0,0),(0.073,0.073,0)两个点，最后单击OK 结束。
2.3布尔运算建立出圆环面
Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Area
2.4建立管道模型
利用Extrude命令来旋转和拉伸横截面得到管道的一半模型
Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>About Axis(By XYZ Offset)
2.5建立激励线圈和接收线圈的模型
在建立模型之前先要平移工作面WorkPlane>Offset WP by Increments，然后再在此工作平
面做局部圆柱系WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin。
2.2总体方案分析
2.2.1方案设计工作分配
在有限的时间里，要将整体设计完成需要花费大量的时间与精力，故而工作进度的合理安排对于提高工作效率尤为重要，主要工作大致分以下几方面进行：
1、搜集资料，熟悉并了解国内外桌面3D打印机的结构、组成及工作情况，分析其优劣，找出可以改进或需要改进的地方；并弄懂采用熔融沉积制造技术的3D打印机的工作原理、工作特性。
2、总体方案设计，包括方案的提出与确定，方案的实现，必要的设计计算以及必要的校核。
3、完成打印的装配图，及重要零件的零件图，并完成设计说明书等。
具体的进度安排灵活运用工作时间。
总体方案及功能的实现：
1 、机床框架采用2020欧标铝型材，便于组装。
2、为了追赶桌面3D打印机方便、快速的潮流，同时也考虑到应用于办公环境的需求，设计最大打印尺寸为200*200*280（mm）。
3、因采用熔融沉积制造技术，与大多数桌面3D打印机不一样的是，喷头受水平分层数据控制在X-Z平面作联动扫描，工作台在Y轴方向运动，按照成形件的截面轮廓作填充轨迹运动，当一层成形完后，再做Z轴方向运动。
4 、运动机构的驱动采用步进电机，步进电机每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性。
5、为了消除层层累加制造所产生的台阶效应，提高打印精度，Z轴方向步进电机机床导轨应采用精度高的滚珠丝杆，然而，鉴于本方案中本款桌面3D打印机的市场定位，滚珠丝杆价格太贵，故采用价格便宜，耐用的T型丝杆。
6、为了实现折叠功能，Y轴铝型材框架外部长度比Z轴铝型材短1mm。2.3主要特色及任务要求
2.3.1主要特色
基于桌面级的3D打印机现如今仍处于萌芽阶段，为了让3D打印走进人类生活，满足各种需求，打印机的视觉冲击无疑显得格外重要，毕竟，要想让人接受并使用，就必须让人产生浓厚的兴趣，而视觉效果首当其冲，故而，本设计采用机床折叠方案，极大缩小了机床存放和运输尺寸，具备很大的便携性，也具备很大的市场潜力。
2.3.2任务要求
鉴于时间的紧迫性和自身能力的局限性，在完成总体设计任务的前提下，本方案设定预期目标如下：
1、能用AutoCAD2013 建模；
2、导出二维平面图，完成完整的打印装配图，及重要零件的CAD图。
3、具备市场可执行力。
第三章机床折叠功能的实现
3.1机架材料以及型号的选取
桌面级3D打印机强调的是“桌面”二字，这就意味着打印机机身的整体尺寸必须符合办公环境的要求，也即尺寸不能过大，而且，随着世界潮流的发展，更多使用者更倾向于DIY模式，即自我组装模式，这就要求3D打印机容易组装，同时在此方案中，为了实现打印机便携，美观，折叠的功能，机架的选择尤为重要。
基于以上要求以及本方案对于打印尺寸的界定，故选择2020欧标铝型材作为机架选材。
铝型材的使用范围极广泛，通用性强，它因环保、组装拆卸方便、节省时间和金钱的特点而闻名。其具备以下特点：
1、铝型材品种多、规格全，适合各类型机械装置使用；
2、无须焊接过程、调整尺寸方便、更改结构容易；
3、尺寸公差要求高、表面光洁度要求高；
4、组装过程方便快捷，生产率高；
5、表面经阳极氧化处理，防腐蚀、美观大方，可提高产品附加价值。
市场上常见工业铝型材如下：
图3-1
P6-2020适用于轻型结构的框架组合，本方案中的桌面级3D打印机具备很高的便携性，故而机体重量不大，2020铝型材具体参数如下图：
图3-2
3.2 机床结构分析
本方案中，为实现折叠功能，设计整体机架如图所示，整个Y床的铝型材外部长度要比Z轴铝型材内部高度小1mm。
图3-3
对于机床的稳固问题，本方案采用滚花高头螺栓以及和2020铝型材相配套
的一字槽条配件结合来固定整个Y床，如图所示：
图3-4
要实现折叠，只需将滚花高头螺栓拧松直至脱离Y床铝型材，然后将整个Y
床移出Z轴铝型材框架向上折叠，使其嵌入Z轴铝型材，使用时将其取出，复拧
上滚花高头螺栓即可。
第四章电机驱动部分选型与计算
4.1步进电机的选取
首先，我们来比较一下步进电机和伺服电机，如下表：
从表中可以看出，步进电机更适合本方案中小力矩，低速度，低价格的桌面级3D打印机。
步进电机是直接将电脉冲转化为机械运动的装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率及数量，可以实现对步进电机的转向、速度以及旋转角度的控制。在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置以及速度控制。
考虑到本方案中打印机需要正向/反向转动，而且要求位置急停和锁定功能以及在低转速条件下的精确位置控制功能，故而采用二相混合式步进电机。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
图4-1
4.2步进电机选型计算
上述已初步确定采用二相步进电机驱动，下面对具体的电机型号进行选取计算，其中某些数据为大体估算值。
1.传动比计算
脉冲当量：一个指令脉冲使步进电机驱动拖动的移动距离σ=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）
初选二相步进电机的步距角为1.8度，其每转的脉冲数：
S=360°/φ（4-1）
步进电机与T型丝杆的传动比：
i=L/sσ=1.25 (4-2)
T型丝杆导程2mm,节圆直径8mm。
在步进电机和T型丝杆之间加Z1=20，Z2=25模数m=2.5的一对齿轮。
2.计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]=0.043 g.cm.s2 (4-3)
J1、J2 -齿轮惯量(Kg.cm.s2)
Js -丝杆惯量(Kg.cm.s2)
3.计算电机输出的总力矩M
M=Ma+Mf+Mt=0.38 N.m （4-4）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（4-5）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（4-6）
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（4-7）
Ma -电机启动加速力矩（N.m)
Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)
n-电机所需达到的转速（r/min）
T---电机升速时间（s）
Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)
u-摩擦系数
η-传递效率
根据负载转矩M=0.38 N.m和总转动惯量Jt=0.043 kg.cm.s2，选定步进电机型号为42BYG250B-0151两相混合式步进电机，其最大静扭矩为0.43N.m，转子转动惯量为57 g.cm.s2，符合要求。
第五章齿轮的强度计算
5.1齿轮的损坏原因及形式
齿轮传动形式很广，应用广泛，总体来说，齿轮传动具备如下主要特点：效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定。
齿轮的损坏形式分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。
轮齿折断分两种：一是轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；一是轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。
齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这时存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。
3D打印机要求能够进行正反转运动，齿轮容易产生疲劳而出现弯曲或者折断现象。
5.2 齿轮的强度校核与计算
5.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）3D打印机挤出部分要求齿轮在竖直方向转动，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）3D打印机为一般工作机器，故选用7级精度（GB 10095—88）。
（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS，取失效概率为1%，安全系数S=1。
（4）选择小齿轮齿数为z
1=19，大齿轮齿数z
2
=31。
（5）选取螺旋角，初选螺旋角030=β。
5.2.2由齿面接触强度计算
即 d t 1≥[]32
3112???
? ??±H H d t Z Z u u T K σεφα （5-1） 5.2.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选K t =1.6。
（2）选取区域系数Z H =2.22。
（3）查表得1αε=0.63，2αε=0.66，则αε=1αε+2αε=0.63+0.66=1.29。
（4）许用接触应力
[]S K HN H 1lim 11σσ?=
=540MPa （5-2） []=?=
S K HN H 2lim 22σσ522.5MPa （5-3） []H σ=
221H H σσ+=513.25MPa （5-4）
5.2.2.2计算
（1）试计算小齿轮分度圆直径d t 1，由计算公式得
T e ==??=?954
10105.95105.95515n P 105N ?mm （5-5） d t 1≥32
55.5228.18922.26.16.229.11106.12??? ????????mm=64mm （5-6） （2）计算齿宽b 及模数m t
b=t d d 1φ=1?64=64mm
钢板超声波手动检测方法操作细则 1.范围 本操作细则规定了厚钢板超声波检验对比试样、检验仪器和设备、检验条件与方法、缺陷的测定与评定、钢板的质量分级、检验报告等内容。 本操作细则适用于厚度不小于6m m的锅炉、压力容器、桥梁、建筑、造船、钢结构、管线、模具等用途钢板的超声波检验。奥氏体不锈钢板也可参照本标准。 2．引用文件 GB/T 2970-2004 GB/T 8651 JB/T 10061 / 3. 一般要求 3．1 被检板材表面应平整、光滑、厚度均匀，不应有液滴、油污、腐蚀和其他污物。 被检板材的金相组织不应在检验时产生影响检验的干扰回波。 检验场地应避开强光、强磁场、强振动、腐蚀性气体、严重粉尘等影响超声波探伤仪稳定性或检验人员可靠观察的因素。 从事钢板超声波检验人员应经过培训，并取得权威部门认可的超声探伤专业1级及其以上资格证书。签发探伤报告者应获得权威部门认可的超声探伤专业I级及其以上资格证书。 检验方式可采用手工的接触法、液浸法(包括局部液浸和压电探头或电磁超声探头的自动检验法)。所采用的超声波波型可为纵波和横波。 4.对比试样 — 4. 1 对比试样材质、声学性能应与被检验钢板相同或相似，并应保证内部不存在影响检验的缺陷。用双晶片直探头检验厚度不大于60 mm的钢板时，所用对比试样如图1所示。 用单晶片直探头检验钢板时，对比试样应符合图2、表1和表2的规定。
5. 检验仪器和设备 探伤仪 — 所用探伤仪的性能应符合GB/T 8651或JB/T 10061的有关规定。 换能器 . 1 压电直探头的选用如表3, 不管选用哪种探头，都要保证有效探测区。板厚大于60 mm时，若双晶片直探头性能指标能达到单晶片直探头，也可选用双晶片直探头。 当采用横波探伤时，可参照.1B 4730-1994的附录H。 6. 检验条件和方法 6. 1 检验时间 ） 原则上在钢板加工完毕后进行，也可在轧制后进行。
目录 涡流检测技术及进展 (2) 涡流检测自然裂纹与信号处理 (5) 压力容器列管涡流检测技术的研究 (9) 金属锈蚀的涡流检测 (11)
涡流检测技术及进展 1 引言 涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的无损检测方法。如图1，已知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直于工件的交变磁场。检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变化。若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，检测该变化可判断有无缺陷。 随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现长足发展。 2 涡流检测的信号处理技术 提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。 2.1 信号特征量提取 常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变换法。 傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。其优点是，不受探头速度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更逼近原曲线。但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感，且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。 用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方法称为主分量分析法，该方法对于相似缺陷的分辨力较强。
小波变换是一种先进的信号时频分析方法。将小波变换中多分辨分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。这种经小波变换处理后的信号，其信噪比会得到很大的提高。 2.2 信号分析 (1) 人工神经网络 人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2 降到N，网络结构大为简化，训练速度很快，具有较高的缺陷识别率和实用价值。 神经网络可实现缺陷分类，具有识别准确度高的优点，对不完全、不够清晰的数据同样有效。 (2) 信息融合技术 信息融合是对来自不同信息源检测、关联、相关、估计和综合等多级处理，得到被测对象的统一最佳估计。 涡流C 扫描图像的融合，将图像分解为多子带图像，并在转换区内采用融合算法实现图像融合。Ka Bartels等采用信噪比最优方法合并涡流信号，并用空间频率补偿方法使合并前高频信号变得模糊而低频信号变得清晰。Z Liu等利用最大值准则选择不同信号的离散小波变换系数，选取待融合系数的最大绝对值作为合并转换系数。因此融合信号可基于这些系数，利用逆小波变换来重构。小波变换可按不同比例有效提取显著特征。在融合信号过程中，所有信号的有用特征都被保存下来，因此内部和表面缺陷信息得到增强。 2.3 涡流逆问题求解 换能器检测到的信号隐含缺陷位置、形状、大小及媒质性质等信息，由已知信号反推媒质参数(电导率)或形状(缺陷)，属于电磁场理论中的逆问题。 为求解涡流逆问题，先要建立缺陷识别的数学模型，有形状规则的人工缺陷、边界复杂的自然缺陷、单缺陷和多缺陷等模型；在媒质类型方面，有复合材料和被测件表面磁导率变化等模型。 随着计算机技术发展，缺陷模型各种数值解法也获得进展。出现有限元法、矩量法和边界元法等。 3 涡流检测设备 美国的EM3300 和MIZ-20 为采用阻抗平面显示技术典型产品，而TM-128 型涡流仪是我国首台配有微机带有阻抗平面显示的涡流探伤仪。MFE-1三频涡流仪是我国研制的首台多频涡流检测设备。随后，国内研制成功多种类型的多频涡流检测仪，如EEC-35、EEC-36、EEC-38、EEC-39 和ET-355、ET-555、ET-556 等。 目前，我国在有限元数值仿真、远场涡流探头性能指标分析及检测系统的研制等方面取得研究成果，推出商品化远场涡流检测仪器，其中ET-556H和 EEC-39RFT 已用于化工炼油设备的钢质热交换管和电厂高压加热器钢管的在 役探伤。 今后涡流检测技术研发包括：完善换能器设计理论，研制性能更好的涡流检测换能器；研究缺陷大小形状位置深度的涡流定位技术和三维成像技术；研究并
涡流原理及主要配件上海佳创精工机械有限公司
一、概述 1.1 涡流检测的原理 涡流检测就是运用电磁感应原理，将激励信号加到探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似漩涡，成为涡流。涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响。涡流也会产生一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化。 因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量的金属材料发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，涡流的变化又引起了检测线圈电压和阻抗的变化，根据这一变化，就可以间接地知道导体内缺陷的存在及金属材料的性能是否有变化。 1.2 涡流检测技术的特点 涡流检测时一种应用较为广泛的无损检测技术，它具有如下技术特点： ●检测速度快，且易于实现自动化。 ●表面、亚表面缺陷检出灵敏度高。 ●能在高温状态下进行检测。 ●抑制多种干扰因素。 涡流检测的对象必须是导电材料，且不适用于检测金属材料深层的内部缺陷，这是涡流检测在应用上的局限所在。其次，涡流检测至今仍处于当量比较阶段，对缺陷作出准确的定性定量判断技术尚待开发研究。 1.3 涡流的探伤及材质分选 涡流法可以用来测量非金属表面层的电导率，也可以用来检验与电导率数值有对应关系的性能，如化学成分和组织状态等。因此，涡流检测可以成功地用于按牌号分选合金，检验材料热处理质量及机械性能等。 涡流探伤不仅对于导电材料表面上或近表面的裂纹、孔洞以及其它类型的缺陷，涡流实验具有良好的检测灵敏度并能提供缺陷深度的信息，还可以发现于薄的油漆层或涂层下的这些缺陷。 涡流检测仪的操作请参考《多频多通道智能数字涡流检测仪操作使用说明书》。
开题报告 电子信息工程 涡流检测电路的设计 一、 二、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 作为新兴检测技术的一种，电涡流检测是以电磁感应原理为基础，其基本理论是通过对处于探头线圈形成的电磁场中的被测体（必须为金属导体）及其周围空间区域列出麦克斯韦方程及边界条件，然后进行求解，以确定探头线圈的阻抗特性（或感应电压）的变化与被测体各影响因素之间的关系。电涡流检测是近年来发展快速的一项无损检测技术，它同磁粉检测、射线检测、超声波检测、渗透检测一起和称为五大无损检测技术。同其他无损检测技术相比，电涡流检测技术具有非接触、无污染、操作方便等特点，因此受到无损检测工作者的青睐。 1.涡流检测技术的国内外现状 早在19世纪初期，法国科学家傅科就在实验中发现了涡流现象。休斯，在1879年，首先利用涡流检测对不同金属和合金进行了判断。但是由于各种试验参数对涡流检测的影响，该技术发展缓慢。真正在理论和实践上完善涡流检测技术的是德国的福斯特博士，他提出的以阻抗分析法来抑制涡流检测仪中的干扰因素，为涡流检测机理的分析和设备提供了理论依据。在我国，涡流检测技术的应用与研究可追朔到60年代，但是涡流检测技术在国内得到推广应用的第一个高潮却是在70年代末和80年代初。同时许多有价值的研究论文，如“涡流检测的有限元模型和表面涡流探头的有限元分析”和“不锈钢管表面缺损涡流检测信号的仿真计算”等也被发表出来。目前，我国在该领域的研究已接近发达国家水平，推动了我国涡流检测理论的发展。电涡流检测的主要技术如下：（1）脉冲涡流检测技术 70年代中后期，脉冲涡流检测技术(Pulsed Eddy Current)在世界范围内得到广泛地研究。脉冲涡流检测技术最早是20世纪50年代由密苏里大学的DonaldWaidelich研究，脉冲涡流地激励电流为一个脉冲，通常为具有一定占空比地方波，施加在探头尚的激励方波会感应出脉冲涡流在被测体中的传播。根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一股快速衰减的磁场，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。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。 （2）多频涡流检测技术
多口径钢管涡流探伤系统的研究与设计 张吉亮，张双伟，王桂敏 （山东省煤田地质钻探工具厂，山东泰安272400） 摘 要 该文针对实际生产过程中，钢管口径种类多的情况，研究设计了一种新型涡流探伤系统。该系统实现了自动化控制，操作安全可靠，生产效率高。适合Φ73 Φ340mm 口径钢管探伤工艺，具有广阔的推广应用前景。关键词 多口径钢管 涡流探伤 点探头 自动控制 中图分类号TG115．28 文献标识码 B Research and Design of ET for many Diameter Tubes Abstract In view of the actual production process ，the steel pipe diameter many kinds of situations ，study design a kind of new ET system．This system realizes the automatic control ，safe and reliable operation ，high production efficiency．Suitable for a Φ73 Φ340mm pipe diameter ，has the broad appli-cation prospect．Key words many Diameter Tubes ET probe automatic control 1钢管无损探伤概述 无损探伤是在不损害被检对象的前提下，探测其 内部或外表缺陷的现代化检验技术，近年来已被广泛 应用于钢管生产检验中。用于无缝钢管生产中的无损 探伤方法主要有超声波探伤、磁力探伤、涡流探伤以及渗透探伤等。各种探伤方法都有其一定的使用范围。几种主要探伤方法的特点及比较见表1。 表1钢管无损探伤方法的比较 项目 超声波法涡流法磁力法 磁粉 漏磁 渗透法 基本原理缺陷对超声波的反射和吸收缺陷处漏电流的变化引起感应磁场的变化表面缺陷产生的漏磁对磁粉的吸引表面缺陷产生的漏磁的直接检测显示液对表面裂纹渗透 探伤部位表面，内部表面，内部表面（限于磁性材料）表面（限于磁性材料）表面灵敏度很高 高 较高 较高 高 检测纪录及显示方式 自动在线，立即显示 自动在线，立即显示 着色磁粉显示或荧光磁粉在暗室显示 自动在线，立即显示 着色液显示或荧光液在暗室显示 超声波探伤是一种最基本的无损探伤方法。它的 优点是能发现其他探伤方法不能发现的内部缺陷，能准确地确定缺陷的位置 ，而且操作简单、迅速。这种方法的缺点是，不能判断缺陷的性质，对钢管表面粗糙度要求达2．5 5μm 。 磁粉探伤方法可用于探测铁磁性材料表面上或近表面的裂纹以及其他缺陷。磁粉探伤对表面缺陷的灵敏度最大；对表面以下的缺陷，探伤的灵敏度随着缺陷埋藏深度的增加而迅速降低。采用磁粉探伤方法检验铁磁性材料的表面缺陷，比采用超声波探伤有更高的灵敏度，而且操作简单，结果可靠。因此磁粉探伤是一种良好的表面探伤方法。 涡流探伤就是使导电的试件（导体）内产生涡电流（简称涡流），通过测量涡流的变化量来进行探伤的 *收稿日期：2011－09－07 作者简介：张吉亮（1982－），男，汉族，山东省平阴县人，工程师，硕士在读，煤炭矿山机电方向。 探伤方法。涡流探伤的优点是：探伤结果可以直接用 电信号输出，便于进行自动化检测；由于采用非接触式的方法，探伤速度很快；适用于表面缺陷的探伤。缺点是：对表面下较深部位的缺陷不能检测；容易产生杂乱信号；难以直接从检测所得的显示信号来判别缺陷的种类。 渗透探伤是以液体对固体的润湿能力和毛细现象（包括渗透和上升现象）为基础的探伤方法。和别的探伤方法相比，渗透探伤的优点是设备和探伤材料简单，显示缺陷直观，并同时可以显示各个方向的各类缺陷。其缺点是只能检查开口暴露于表面的缺陷，另外操作工序较繁杂。2 钢管涡流探伤现状分析 根据工业无损探伤的特点，为了实现探伤系统的自动化控制，目前我国钢管加工企业中，Ф180mm 以下规格无缝钢管涡流检测大多采用传统的穿过式线圈探伤方法。对于超过Ф180mm 的无缝钢管如果采用传统 2 712012年第1期
文献综述 电子信息工程 涡流检测电路的设计 前沿 电涡流传感器有着诸多优点，这让它成为了科学研究和工业生产中广泛使用的非接触无损检测仪器。当金属导体处于交变磁场中时，导体表面就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，像水中漩涡那样在导体内旋状，所以称之为电涡流或者涡流。电涡流的产生必然要消耗一部份能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象就称为涡流效应。根据此涡流效应而制成的传感器，我们就称之为电涡流传感器。 由于对被测材料的敏感，电涡流传感器的广泛应用一直受到制约。为了消除传感器对被测材料的敏感性，可以采用新的变换电路原理。本文对电涡流传感器的建模和涡流特性进行了三维有限元仿真分析，同时电涡流传感器设计了新型的测量电路，并对该测量电路进行了仿真、优化和实验。[2] [1] 主题 一、电涡流传感器发展历程及应用 在一般的工程实际中，涡流检测包括测量和检测。对一些物理量，诸如距离、速度、加速度、转速等进行测量，对材料的化学成分和力学、电磁性能进行评估，对设备表面和内部线缺陷裂纹实施在线检测、分类和重构。随着涡流检测技术更深入广泛地应用，实际工程问题对涡流检测技术提出了更高的要求，成为推动涡流问题研究向更复杂更具体方向发展的源动力。 目前关于电涡流传感器的研究主要集中在非磁性被测体方面，关于磁性被测体的研究较少。早在1998年，英国universityofDerby的Tian等人就研究了电涡流传感器的输出与被测体的电磁特性之间的定性关系，他在论文中指出，对于非铁磁性被测体，其电阻率对输出的影响较大，而对于铁磁性被测体，其相
对磁导率和电阻率都会对输出产生影响。国内外很多文献也都指出了传感器输出对被测体电磁特性的敏感问题，并开展了相应的研究，但至今尚未发现改善这一缺陷的有效方法和思路。 二、电涡流传感器技术国内外研究现状 线圈的磁场分布直接影响传感器的性能，而线圈磁场分布又与探头结构和及其几何参数紧密相关。因此目前国内外关于电涡流传感器性能影响参数的研究主要集中在对线圈及其几何参数的研究。比如Garcia和Fava分别提出了一种计算任意形状线圈生成的磁场分布的方法。Theodoulidis提出了在具有矩形截面的矩形柱线圈作用下，位于其正下方的半无限大导体中的涡流分布闭合表达式。Fava等人通过二阶矢量势方法得到了矩形螺旋线圈产生的电磁场的解析表达式。sabbag和Buvat提出用体积积分法模拟含磁芯的传感器的工作状况来解决铁氧体磁芯引入后代来的空心圆柱线圈数学模型不再适用的问题;Burke利用半经验模型预测含磁芯的传感器线圈阻抗，并利用汉克转换计算线圈阻抗值。 国内对这方面的研究较少，主要是通过电涡流传感器对称轴上任意点的磁场强度与线圈几何参数的关系来反映电涡流传感器的性能。 目前传统的电涡流传感器处理电路一般都通过提取阻抗信号中的一个(电阻或感抗、幅值或相位)信息来反映被测量的变化，这方面的研究也较成熟。目前对电涡流传感器电路的研究主要集中在非线性校正和温度补偿方面。 三、电涡流传感器未来发展趋势 随着计算机技术、人工智能和信号处理技术的迅速发展，涡流问题的研究也取得了长足进展，使涡流检测技术在飞机机翼与螺栓连接疲劳损伤检测、核电站热输出管道检测、飞机燃气涡轮发动机叶片检测、海底石油管道及以发电机组为代表的旋转机械等重要零部件检测中得以运用。结合目前涡流检测技术研究存在不足，涡流检测技术的研究将会呈现以下趋势: 1.进一步完善不同被测体下线圈阻抗的求解理论。这里的不同被测体是指具有不同电磁特性的被测体。关于该方面的研究应包含两部分:一是不同被测体下线圈阻抗表达式的理论推导;二是研究获得线圈阻抗值的算法。当电磁场理论应用于电涡流传感器时，因为自身几何结构和边界条件的复杂性，导致线圈阻抗
涡流检测基本原理 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-10-23 10:50浏览次数：：76 涡流检测是许多NDT（无损检测）方法之一，它应用―电磁学‖基本理论作为导体检测的基础。涡流的产生源于一种叫做电磁感应的现象。当将交流电施加到导体，例如铜导线上时，磁场将在导体内和环绕导体的空间内产生磁场。涡流就是感应产生的电流，它在一个环路中流动。之所以叫做―涡流‖，是因为它与液体或气体环绕障碍物在环路中流动的形式是一样的。如果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在那个导体中产生，而涡流也会产生自己的磁场，该磁场随着交流电流上升而扩张，随着交流电流减小而消隐。因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量金属材料的一些性质发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，从而我们就可以通过一起来检测涡流的变化情况，进而可以间接的知道道题内部缺陷的存在及金属性能是否发生了变化。 涡流作为一种NDT工具的一大优点是它能够做多种多样的检查和测量。在适当的环境下，涡流可以用于： 1、裂缝、缺陷检查 2、材料厚度测量 3、涂层厚度测量 4、材料的传导性测量 涡流检测的优越性主要包括： 1、对小裂纹和其它缺陷的敏感性 2、检测表面和近表面缺陷速度快，灵敏度高 3、检验结果是即时性的
4、设备接口性好 5、仅需要作很少的准备工作 6、测试探头不需要接触被测物 7、可检查形状尺寸复杂的导体 无损检测－声脉冲 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-11-20 09:48浏览次数：：19 1．什么叫声脉冲？ 由一串声波所形成的脉冲。 2．简述声脉冲检测的原理。 当一串声波沿管子传播时，如果遇到管子存在开口、孔洞、鼓胀、凹陷、裂缝、内部腐蚀和沉积 等，就会有反射波返回发射端，由于声波的传播速度是固定的，通过计算机系统的处理，便可以准确地 得到管子发生异常的具体位置。 3．简述声脉冲检测的应用范围。 声脉冲快速检漏仪适用于有色金属、黑色金属和非金属管道的快速检漏。如电站高、低加，冷凝器 管，锅炉四管；化工厂的热交换管；酒楼大厦中央空调器管的在役检漏等，4．声脉冲检测的特性是什么？ ①在役管道高速检漏，可达每小时500～1000根管子； ②管子材质不限，铁磁非铁磁性或非金属管均宜； ③直管、弯管、缠绕管均宜； ④可快速发现存在于管子上的穿透性缺陷等； ⑤实时记录检测波形，便于下次检测时回放比较。 5．声脉冲检测仪器的技术特性有哪些？ □增益范围0 ~ 48dB , 步长0.5 dB □观察长度（2~50M）及管径（10 ~ 100MM）
涡流探伤是一种无损检测的方式，利用的基本原理是电磁感应。探伤机之所以能够成功探测被测物体的缺陷，靠的就是探头，探头无论对于探伤机本身，还是进行无损检测，都起着重要作用。涡流探头使用中可能会出现一些小故障，我们来看看解决方案吧。 在涡流检测当中，有时候可能会检测不到信号，或者对涡流检测探头的检出信号产生了怀疑，可以采用下面的措施对探头做一些简单有效的测试。 仔细核对操作频率是否在探头的工作频率范围之内。如果探头没有进行适当的平衡，仪器可能会进入“饱和状态”譬如如由提离，缺陷或者边缘效应所产生的信号互相叠加，没有相位差，饱和状态就发生了。这有可能是因为频率太高了，或者探头线圈和平衡线圈不匹配。试试降低探头的激励电压，因为有些探伤仪器有很高的输出电压，可能远超过了探头的承受范围。 试试移动探头的电缆连接线，特别是它和探头的接口处很容易损坏。假如屏幕显示信号断断续续，那么需要更换这条接线了。并且，可能需要清洁连接头。 仔细查看涡流探伤仪器的滤波器设置。现在许多探伤仪器都提供大范围的高通滤波和低通滤波器，这些对抑制干扰、提取缺陷信号非常有用，但如果设
置不当，会引起各种现象，诸如出现死点，或者信号很小又严重扭曲等现象。 高通滤波器设置不当总是可能会给平衡点带来死点，在高增益设置下，警如用 于旋转式探头扫描时，死点将会在平衡点上静止不动。对于手动操作，可以将 高通滤波器关闭或设置为0Hz。低通滤波器则会使得显示信号依赖于扫捕速度，手动使用的典型值设置是100Hz, 但如果信号太嘈杂，则须率可能要减小，扫 描速度也需要随之降低，以减小噪声信号。 检查探头的测试表面，看看是否已经受伤或者毁坏了。观察存在的线痕或 其他破坏，有可能的话在探头表面使用聚四氟乙烯磁带，这将会降低了探头磨损，并防止可能接触铁氧体，因为那样会产生大的噪声信号。 如果需要设置高信噪比时，在线圈和孔内表面间插入一小块片海绵或者泡 沫橡胶来增强接触是一个好的方式，这种技术会大大减小噪声、增加检测灵敏度。 南京博克纳自动化系统有限公司总部位于美丽的中国古都南京，是国内专 业研制无损检测仪器及设备的高科技企业。公司致力于涡流、漏磁和超声波仪 器及各种非标设备的研制，已拥有自主研发的多项国家专利。产品被广泛应用 于航天航空、军工、汽车、电力、铁路、冶金机械等行业。产品出口：美国、 俄罗斯、德国、新加坡、泰国、印度、香港、南非、台湾、越南、哈萨克斯坦、伊朗、日本、韩国、巴西。 博克纳科技作为无损检测仪器及设备、传感器开发的公司，一直是研发和 制造高质量、高性能无损检测仪器及设备的创新厂家。我们以客户为中心提供 设计服务，以满足用户的不同应用需求。
电涡流位移传感器设计 技术要求： 1、量程：0～20mm 2、精度：1mm 3、激励频率：1M Hz 4、输入电压：24V 5、介质温度: -50℃～250℃ 6、表面的粗糟度: 0.4μm～0.8μm 7、线性误差：＜±2% 8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃ 9、频率响应：0～5KHz 一、总体设计方案 电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。根据下面的组成框图，构成传感器。 根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料： （1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。 （2）传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。 （3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。 二、电涡流传感器的基本原理 2.1 电涡流传感器工作原理 根据法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i1时，线圈
工业运作中，检测的方式分为很多种，不同的检测方式有不同的特点，到底运用哪种，视具体情况而定。脉冲涡流检测便是众多检测方式中的一种，此种检测区别于其他检测，也区别于传统涡流检测，下面我们就来看一看它的基本原理及优点。 将一直流电通入线圈，在一定时间内可在构件内产生一稳定的磁场。当断开该直流电时，在线圈周围产生的电磁场由两部分叠加而成：一部分是直接从线圈中耦合出的一次电磁场，另一部分是试件中感应出的涡流场所产生的二次电磁场。而后者包含了构件本身的厚度或者缺陷等信息。采取合适的检测元件和方法，对二次场进行测量，并对该测量信号进行分析，可获得被测构件信息。 与传统涡流检测方法相比，脉冲祸流检测具有诸多优点： 1、在传统涡流测量中，所有的缺陷信息包含在单频或多频激励下测得的线圈阻抗变化中，而脉冲涡流激励及响应包含的频率范围很宽，可提供足够多的信息，以进行缺陷识别并进行定量评估。 2、传统的祸流检测对感应磁场进行稳态分析，通过测量感应电压的幅值和相位角来确定缺陷的位置，而脉冲涡流是对感应磁场进行时域的瞬态分析。
3、一些由于材料结构变化，如受探头提高或边缘效应产生的噪声信号，可以在测量结束后进行处理和补偿。 4、多频涡流检测系统的价格一般随着频李通道数目的增加而增加;脉冲涡流检测系统的价格低于传统多频涡流系统，但效果相当于数百通道的多频涡流系统。 5、由于作为检测元件的霍尔传感器对低频信号灵敏度较高，而且探头采用脉冲信号激励，可以提供更高的激励能量，故脉冲涡流检测设备能提供更深的渗透深度。 南京博克纳自动化系统有限公司总部位于美丽的中国古都南京，是国内专业研制无损检测仪器及设备的高科技企业。公司致力于涡流、漏磁和超声波仪器及各种非标设备的研制，已拥有自主研发的多项国家专利。产品被广泛应用于航天航空、军工、汽车、电力、铁路、冶金机械等行业。产品出口：美国、俄罗斯、德国、新加坡、泰国、印度、香港、南非、台湾、越南、哈萨克斯坦、伊朗、日本、韩国、巴西。 博克纳科技作为无损检测仪器及设备、传感器开发的公司，一直是研发和制造高质量、高性能无损检测仪器及设备的创新厂家。我们以客户为中心提供设计服务，以满足用户的不同应用需求。 公司与国内有名的院校、科研所组成了社会化科研协作网络，具有强大的研发、生产能力。保证了公司的工业无损检测技术国内、国际过硬的技术地位。
摘要： 涡流无损检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，在现代工业中有着广泛的应用。脉冲涡流无损检测是在涡流无损检测技术上发展起来的一种新技术。相对于传统的涡流无损检测方法，脉冲涡流具有包含的频率分量丰富、检测信号信息量大、时域分析方便等优点，因此具有广阔的应用前景。本文围绕涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势，和脉冲涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势展开综述分析，最终确定将深层缺陷脉冲涡流无损检测电磁场理论与实验研究作为研究课题。 本文由以下两部分组成：第一部分包括：1）涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）涡流无损检测的实验研究和应用；4）深层缺陷涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势。第二部分包括：1）脉冲涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）脉冲涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）脉冲涡流无损检测中的信号处理；4）脉冲涡流无损检测的实验研究和应用。通过以上综述分析，确定了将脉冲涡流无损检测作为研究课题，采用聚焦线圈与GMR（Giant MagnetoRestance）传感器相结合的脉冲涡流无损检测方法来实现深层缺陷检测。 关键词：脉冲涡流；深层缺陷；聚焦线圈；GMR传感器
Abstracts: Eddy current non-destructive testing is a conventional non-destructive testing method based on the electromagnetic theory, which has wide applications in modern industries. Pulsed Eddy Current Testing(PECT) is a new technique developed on the basis of eddy current testing. In contrast to conventional eddy current excitation, PEC has a lot of advantages, such as rich frequency components and informations, convenient time-domain analysis, so it has wide potential applications. Through analysis for research and development of eddy current testing and PECT, the research will focus on the theory and experiment of pulsed eddy current testing for deep-seated flaws. The paper has two parts: the first part includes: 1) the theory research and development trends of eddy current non-destructive testing.2)the technology research and development trends of eddy current non-destructive testing. 3) the experimental research and application of eddy current non-destructive testing.4)the research and development trends of deep-seated flaws.the second part include:1) the theory research and development trends of PECT.2) the technology research and development trends of PECT.3) the signal processing of PECT.4) the experimental research and application of PECT. Summary of the above analysis, WE determine to take the pulse eddy current non-destructive testing as the research topic, using the pulsed eddy current non-destructive testing methods to detect deep-seated flaws with combination of Figure-8-shaped coil coil and GMR (Giant MagnetoRestance) sensor. Key words：PEC; deep-seated flaws; Figure-8-shaped coil coil; GMR sensor
第9卷第6期 2010年12月 淮阴师范学院学报(自然科学)JO URNAL OF HUAIYIN TEACHERS CO LLEGE (Natural Science) Vol 9No 6Dec.2010 脉冲涡流测厚参数的优化 冯小勤,魏东旭 (淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,江苏淮安 223300) 摘 要:脉冲涡流检测是现代无损检测技术的重要方法之一.由于其出众的检测能力,目前已 广泛应用于金属测厚等领域.文章基于C OMSOL 软件,建立了脉冲涡流测厚系统,对4种不同 厚度的磁性和非磁性材料试件进行了测厚仿真的分析研究,并对影响厚度特征判别的测量参 数TC 进行了优化,得到了优化后的仿真结果,得出了不同厚度材料检测信号的特点及特征判 别的依据. 关键词:无损检测;脉冲涡流;有限元分析;优化设计;特征判别 中图分类号:TG115.2 文献标识码:A 文章编号:1671 6876(2010)06 0481 03 收稿日期:2010 09 09 作者简介:冯小勤(1981 ),女,江苏海门人,助教,硕士研究生,研究方向为电磁学应用. 0 引言 金属厚度的检测在许多方面都有应用,如金属板(铜、铝、钢板等)轧制过程中的厚度检测、各类金属中缺陷的检测等[1].目前,射线测厚存在射线源防护问题,对操作人员身体易造成伤害;接触式测厚虽然测量精度较高,但在被测金属高速运动情况下,与被测金属之间长时间接触会造成传感器的磨损,影响测量精度,严重时还会划伤金属表面而降低产品的质量;超声波测厚在检测薄金属厚度时检测精度不高.涡流检测方法与上述几种方法相比具有结构简单、成本低、可应用于高温高湿等恶劣环境等优点[2] .脉冲涡流检测方法是近几年发展起来的一种新的无损检测技术(NDT).传统的电涡流采用正弦电流作为激励,而脉冲涡流的激励电流为具有一定占空比的方波.脉冲涡流方法与传统电涡流方法相比检测参数较多,可准确测量出距离和厚度.因此,采用脉冲涡流检测技术进行金属厚度检测的研究有重要的应用价值.1 COMSOL 简介 COMSOL Multiphysics 是一个专业有限元数值分析软件包,是对基于偏微分方程的多物理场模型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统.它为科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一种崭新的技术. COMSOL Multiphysics 专为描述和模拟各种物理现象而开发,它使得建立各种物理现象的数学模型并进行数值模拟计算变得更为容易和可行.在使用COMSOL Multiphysics 软件的过程中,可以自己建立普通的偏微分方程形式,也可以使用C OMSOL Multiphysics 提供的特定的物理应用模型.模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面.此外,C OMSOL Mul tiphysics 软件通过把任意数目的这种物理应用模块整合成对一个单一问题的描述,使得建立耦合问题变得更为容易.本文使用C OMSOL 建立脉冲涡流测厚的模型,并进行相关仿真分析. 2 脉冲涡流测厚理论分析 激励脉冲信号在被测试件中感应出的脉冲涡流信号随着距表面深度的增加呈负指数规律衰减.脉
涡流检测基本原理 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-10-23 10:50 浏览次数：：76 涡流检测是许多NDT （无损检测）方法之一，它应用“电磁学” 基本理论作为导体检测的基础。涡流的产生源于一种叫做电磁感应的现象。当将交 流电施加到导体，例如铜导线上时，磁场将在导体内和环绕导体的空间内产生磁 场。涡流就是感应产生的电流，它在一个环路中流动。之所以叫做“涡流”，是因 为它与液体或气体环绕障碍物在环路中流动的形式是一样的。如果将一个导体放入 该变化的磁场中，涡流将在那个导体中产生，而涡流也会产生自己的磁场，该磁场 随着交流电流上升而扩张，随着交流电流减小而消隐。因此当导体表面或近表面出 现缺陷或测量金属材料的一些性质发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，从而 我们就可以通过一起来检测涡流的变化情况，进而可以间接的知道道题内部缺陷的 存在及金属性能是否发生了变化。 涡流作为一种NDT 工具的一大优点是它能够做多种多样的检查和测量。在适当的 环境下，涡流可以用于: 涡流检测的优越性主要包括： 1、 对小裂纹和其它缺陷的敏感性 2、检测表面和近表面缺陷速度快，灵敏度高 3、检验结果是即时性的 4、设备接口性好 5、仅需要作很少的准备工作 6、测试探头不需要接触被测物 7、可检查形状尺寸复杂的导体 C6ridudiV4 MAUrel 1、 裂缝、缺陷检查 2、 材料厚度测量 3、 涂层厚度测量 4、 材料的传导性测量 CnI ￡ wjneflls Coils fna^ntltc field E 曲y currtnrs V.
无损检测－声脉冲 19 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-11-20 09:48 浏览次数： 1．什么叫声脉冲？ 由一串声波所形成的脉冲。 2．简述声脉冲检测的原理。 当一串声波沿管子传播时，如果遇到管子存在开口、孔洞、鼓胀、凹 陷、裂缝、内部腐蚀和沉积等，就会有反射波返回发射端，由于声波的传播速度是固定的，通过计算机系统的处理，便可以准确地得到管子发生异常的具体位置。 3．简述声脉冲检测的应用范围。 声脉冲快速检漏仪适用于有色金属、黑色金属和非金属管道的快速检漏。 如电站高、低加，冷凝器管，锅炉四管；化工厂的热交换管；酒楼大厦中央空调器管的在役检漏等， 4．声脉冲检测的特性是什么？ ①在役管道高速检漏，可达每小时500?1000根管子; ②管子材质不限，铁磁非铁磁性或非金属管均宜; ③直管、弯管、缠绕管均宜;
涡流检测实验方案 一、实验目的 1.熟悉电磁波的发射和接受，并能进行一定的数据处理； 2.学习掌握涡流检测的基本方法及相关理论知识，了解涡流检测仪、测量仪及 涡流探头的内部结构和工作原理； 3.通过示波器观测接收到的电流信号，反推电磁波分布，从而分析地表电导率 推测地表情况。 二、实验原理 涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料，如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流，由于导体自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的变化会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质、状态的检测方法，叫做涡流检测方法。 涡流检测是根据电磁感应原理研究岩层导电性的一种方法。如下图所示，在发射线圈T中通以交流电流，这个交流电流将在线圈周围产生一个交变磁场φ1，处在交变磁场中的导电介质便会感应出围绕线圈的环形电流I1。该环形电流也将造成二次磁场φ2，而φ2将在接收线圈R2中产生感应电动势。该感应电动势的大小是和环形电流的强度有关的，而环形电流的强度又取决于岩石的导电性。所以，通过测量接收线圈中的感应电动势，便可以研究岩层的导电性。当表层有金属存在时就会产生涡流，所以通过对涡流的检测可以知道地表层是否有金属存在。 三、实验设备 1.接收线圈和发射线圈 2.高频电流源 3.示波器
4.模拟地层金属 5.导线若干 四、实验步骤 1.按照要求将设备整理好，并对设备进行调零等； 2.按照试验原理图接好线路，检查线路后，可进行试验； 3.先做没有金属导体地表的电导率分布，所以不放金属导体，合上开关进行试 验，观测接收到的信号并记录，断开开关； 4.将准备好的金属放入，再次进行试验，合上开关，记录数据； 5.整理好试验器材，再对得到的数据进行分析处理。 五、实验注意事项 1，试验中可能有干扰源，要尽可能排除干扰； 2，试验仪器使用必须遵守使用说明的规定，不能随意操作，出现不爱惜仪器的现象。
要想涡流检测的结果有效、准确，涡流探头线圈灵敏度较高是一项基本要求。灵敏度对于检测还是相当重要的，可以更好地感知被测物体。但是，在实际操作中，探头线圈的灵敏度往往不尽如人意，因为它会受到一些因素的影响。 影响涡流点探头式线圈检测灵敏度的因素主要有以下三点： 1、提离和缺陷埋藏深度对灵敏度的影响：当探头的提离间隙增大时，线圈和工件之间的互感减小，工件中的磁通密度减小，缺陷检出灵敏度降低。线圈 直径不同，磁通密度随提离的变化不一样，导致检测灵敏度也不一样。点探头 直径越小，灵敏度随提离下降越快。距离工件表面越深，磁通密度越小，检出 缺陷的灵敏度也越低。 2、点探头尺寸对灵敏度的影响：涡流的流动局限于点探头磁场变化的区域，区域的大小是线圈尺寸和几何形状的函数。对于点探头式检测线圈，缺陷灵敏 度反比于线圈直径。作为一般规律，为了获得高的灵敏度，点探头直径应该等 于或者小于所要检测的缺陷长度。 3、检测频率对灵敏度的影响：在使用涡流点探头式线圈探伤之前，应弄清缺陷的类型，大小，取向以及埋藏深度。一般来说，使用一种形式的探头和一
种检测频率，难于发现所有类型，大小，取向和埋藏深度的缺陷。而检测频率 的选择对灵敏度的影响至关重要。 选择工作频率的原则是要使缺陷和其他变化因素易于分辨。因为检测中头 痛的干扰是提离效应，所以缺陷和提离的区分是主要考虑因素之一。在选择检 测频率时，应使渗透深度等于被检缺陷的埋藏深度，这样才能在提离和缺陷之 间获得良好的相位分离。如果在检测时发现信号难以判断，分不清是由缺陷还 是由其他变化引起的，可以通过改变检测频率进行判断。 以上三点就是影响涡流点探头式线圈检测灵敏度的主要因素。掌握了这些，就可以更好的运用涡流点探头式线圈来探伤。 南京博克纳自动化系统有限公司总部位于美丽的中国古都南京，是国内专 业研制无损检测仪器及设备的高科技企业。公司致力于涡流、漏磁和超声波仪 器及各种非标设备的研制，已拥有自主研发的多项国家专利。产品被广泛应用 于航天航空、军工、汽车、电力、铁路、冶金机械等行业。产品出口：美国、 俄罗斯、德国、新加坡、泰国、印度、香港、南非、台湾、越南、哈萨克斯坦、伊朗、日本、韩国、巴西。 博克纳科技作为无损检测仪器及设备、传感器开发的公司，一直是研发和 制造高质量、高性能无损检测仪器及设备的创新厂家。我们以客户为中心提供 设计服务，以满足用户的不同应用需求。 公司与国内有名的院校、科研所组成了社会化科研协作网络，具有强大的 研发、生产能力。保证了公司的工业无损检测技术国内、国际过硬的技术地位。
实验涡流探伤实验（烟台大学王海波） 一、实验目的 1.了解涡流探伤的基本原理； 2.掌握涡流探伤的一般方法和检测步骤； 3.熟悉涡流探伤的特点。 二、实验原理 1. EEC－35/RFT涡流检测仪简介 EEC－35/RFT智能全数字式多频远场涡流检测仪是新一代涡流无损检测设备，它采用了最先进的数字电子技术、远场涡流技术及微处理机技术，能实时有效地检测铁磁性和非铁磁性金属管道的内、外壁缺陷。EEC-35/ RFT 既是一套完整的远场涡流检测系统，也可与常规的多频、多通道的普通涡流检测系统融为一体成为高性能、多用途、智能化的涡流检测新型设备。 EEC-35/RFT由于具备了四个相对独立的测试通道，可同时获得二个绝对、二个差动的涡流信号。仪器可通过软开关切换成两台二频二通道的涡流检测仪，同时连接两只探头进检测。具有5Hz 至5MHz 的可变频率范围，因此 EEC-35/RFT 特别适用于核能、电力、石化、航天、航空等部门在役铜、钛、铝、锆等各种管道、金属零部件的探伤和壁厚测量以及各种铁磁性管道的探伤、分析和评价。例如：锅炉管、热交换器管束、地下管线和铸铁管道等的役前和在役检测。EEC-35/RFT 具有可选的多个检测程序，同屏多窗口显示模式，同屏显示多个涡流信号的相位、幅度变化及其波形的情况。多个相对独立的检测通道，有多达三个混频单元，能抑制在役检测中由支撑板、凹痕、沉积物及管子冷加工产生的干扰信号，去伪存真，提高对涡流检测信号的评价精度。且由于采用了全数字化设计，能够在仪器内建立标准检测程序，方便用户现场检测时调用。 此外，仪器还具有组态分析功能，能够用于金属表面硬度、硬化深度层深等的检测及材料分选。 2．涡流检测原理 涡流检测是以电磁感应为基础的，它的基本原理可以描述为：当载有交变电