脉冲涡流监测原理

涡流检测知识一、涡流检测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。

由涡流产生的交流磁场也产生磁力线，其磁力线也是随时间而变化，它穿过激磁线圈时又在线圈内感生出交流电。

因为这个电流方向与涡流方向相反，结果就与激磁线圈中原来的电流方向相同了。

这就是说线圈中的电流由于涡流的反作用而增加了。

假如涡流变化，这个增加的部分(反作用电流)也变化。

测定这个电流变化，从而可得到试件的信息。

涡流的分布及其电流大小，是由线圈的形状和尺寸，交流频率(试验频率)，导体的电导率、磁导率、形状和尺寸，导体与线圈间的距离，以及导体表面缺陷等因素所决定的。

因此，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质，缺陷和形状尺寸等信息。

二、涡流检测方法涡流检测是把导体接近通有交流电的线圈，由线圈建立交变磁场，该交变磁场通过导体，并与之发生电磁感应作用，在导体内建立涡流。

导体中的涡流也会产生自己的磁场，涡流磁场的作用改变了原磁场的强弱，进而导致线圈电压和阻抗的改变。

当导体表面或近表面出现缺陷时，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。

由于试件形状的不同，检测部位的不同，所以检验线圈的形状与接近试件的方式与不尽相同。

为了适应各种检测需要，人们设计了各种各样的检测线圈和涡流检测仪器。

1、检测线圈及其分类在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场;把能量传递给被检导体;同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。

所以说，检测线圈是一种换能器。

检测线圈的形状、尺寸和技术参数对于最终检测是至关重要的。

脉冲型涡街流量计原理
脉冲型涡街流量计是一种利用涡街效应测量流体流速和流量的仪器。

其原理如下：1. 涡街产生：当流体通过装有涡街传感器的流量计内的流道时，会在流道后方产生涡街。

涡街是由于流体流过流道后，在流道两侧形成交替出现的涡旋所引起的。

2. 涡街传感器：涡街传感器一般由涡街体和感应线圈组成。

涡街体是一个固定在流量计内的金属片，其后方有一根固定在流量计上的感应线圈。

当涡街通过感应线圈时，感应线圈会感受到涡街的运动。

3. 涡街传感器输出：感应线圈感受到涡街的运动后，会产生交变电压信号。

涡街的运动频率与流体的流速成正比，因此交变电压信号的频率也与流速成正比。

4. 流速计算：流量计会根据交变电压信号的频率来计算流体的流速。

通常，流量计会将交变电压信号转换为脉冲信号，每个脉冲代表一定的流量。

5. 流量计算：根据脉冲信号的数量和流量计设定的脉冲系数，可以计算出单位时间内流体的流量。

脉冲系数是由涡街流量计的特性决定的，可通过校准来确定。

总之，脉冲型涡街流量计利用涡街效应来测量流体流速，然后根据流速计算流量。

该原理简单、可靠且精度较高，适用于各种工业领域的流量测量。

电子下载站 资料版权归合法所有者所有 严禁用于商业用途脉冲涡流检测系统工作点最优化设计徐平 罗飞路等摘要：脉冲涡流检测技术（PEC）是近几年发展起来的一种新的无损检测方法。

本文围绕应用于飞机多层 金属结构中缺陷检测的脉冲涡流检测系统的工作点进行分析与研究，给出了传感器的参数设定；通过改变 激励脉冲信号的重复频率和占空比，对得到检测信号的时域、频域特征量及其变化值进行数据分析和处理； 最后设计了最优化的系统工作点，并通过进一步的实验加以验证。

关键词：脉冲涡流；优化设计；缺陷；传感器；频率；占空比；信号分析 中图分类号：TP212.13 文献标识码：A一、引言 飞机在维护国防安全和国民经济发展中起着举足轻重的作用。

然而，随着飞机服役时间的增加，疲劳裂纹 和腐蚀等缺陷所导致的结构不完整性通常会成为大量安全事故的隐患；如果不能及时检测出这些隐患，飞 行安全将面临严重威胁。

但是由于飞机的机身蒙皮和机翼壁板一般采用多层合金复合结构，而各类缺陷通 常出现在多层结构的第二层，因此很难被及时发现。

传统的超声、射线、热成像、常规涡流检测可以对表 面缺陷进行定性定量地检测评估，但对于多层结构中出现的缺陷则表现出各自的局限性[1]。

近几年发展起来的脉冲涡流检测技术（PEC）是一种新的无损检测方法，其在对层间或次表面缺陷的定量 检测和评估方面表现出潜在的应用优势[2]。

本文针对基于飞机多层金属结构中缺陷检测的脉冲涡流无损检 测系统的工作点进行分析与研究，并给出了其最优化的系统工作点。

二、脉冲涡流作用原理分析 与常规的涡流检测技术不同，脉冲涡流的激励电流为一个重复的宽带脉冲，通常为具有一定占空比的方波， 激励线圈中的脉冲电流感生出一个快速衰减的脉冲磁场，变化的磁场在导体试件中感应出瞬时涡流（脉冲 涡流），此脉冲涡流向导体试件内部传播，又会感应出一个快速衰减的涡流磁场，随着涡流磁场的衰减， 检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。

第29卷 第07期2022年07月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.292022 No.07涡流无损探伤检测技术的应用研究李禹东（天津腾飞钢管有限公司，天津 300301）摘 要：通过分析涡流无损探伤检测技术的应用要点，从而实现对该技术的有效应用。

研究过程中，分析了该检测技术的基本原理与主要特点，强调了该技术的主要优势与应用劣势，以便于使用者能够结合检测对象的情况，正确选用；对当前的远场涡流检测技术、脉冲涡流检测技术、多频/低频涡流检测技术、涡流列阵检测技术的应用情况进行总结，重点分析了该技术在应用过程中的重点事项，明确了运用涡流无损探伤检测技术时，需正确选用涡流检测设备，做好前期校正等前期准备工作，确定检测频率，以此来提升检测的精准度。

关键词：涡流检测技术；无损探伤检测；技术要点中图分类号：TG115.28+5 文献标志码：AApplication of Eddy Current Nondestructive DetectionLi Yudong（Tianjin Tengfei Steel Pipe Co., Ltd., Tianjin, 300301,China ）Abstract：Analyzes the application points of the technique. During the study, the basic principles and main characteristics ofthe detection technology are analyzed, and the main advantages and disadvantages of the technology are emphasized for the current far field current detection technology, the current detection technology, the application, and determine the detection frequency, so as to improve the detection accuracy.Key words：eddy current detection technology；nondestructive flaw detection；technical points收稿日期：2022-04-28作者简介：李禹东（1990-），男，天津人，本科，研究方向：无损检测。

第五章涡流检测涡流是当金属导体处在变化着的磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应作用而在金属导体内产生的旋涡状流动电流。

(我们在实践中会遇到一些涡流现象，如金属存在电阻，当电流流过金属导体内时会产生焦耳热。

工业上利用这种热效应制动了高频感应电炉来冶炼金属。

这种电炉的炉壁上绕有线圈，当线圈接通高频大功率电源时，炉体内随之产生很强的高频交变磁场。

在炉体放置一定数量的金属，金属中便产生强大的涡流致使金属被加热至熔化。

) 涡流检测具有以下特点：①由于检测是以电磁感应为基础的，探头线圈不需接触工件，因此检测速度快。

（对管、棒材。

每分钟可检测几十米，线材可检测几百米实）易于实现自动化检测。

②对工件表面和近表面的缺陷，有较高的检测灵敏度。

③能在高温状态下，对管、棒、线材和坏料等进行检测。

④涡流检测技术是一种多用途的检测技术，除探伤外，还能测量工件、涂层的厚度、间隙以及工件的机械和冶金性能等。

⑤能提供缺陷的信息。

⑥实验结果可与检测过程同时得到，记录可长时期保存。

由于感生涡流渗入工件的深度与频率的平方根成反比（感生涡流具有趋肤效应）。

这个深度不大，因此，涡流检测目前只能检测表面及近表面的缺陷。

另外，因为影响涡流检测的因素如导电率、磁导率、缺陷、工件形状和尺寸以及探头线圈与工件之间的距离等，要取得所希望得到的检测参数，需要较复杂的信息处理技术。

还有涡流检测对复杂表面的检测效率低。

第一节 涡流检测的物理基础一、材料的导电性(一)材料的导电率根据欧姆定律，沿一段导体流动的电流强度与其两端的电位差成正比。

即：RU I = 根据一定材料的导体，它的电阻与导体长度(L)成正比，与导体的截面积(S)成反比。

即：SL R ρ= 我们称ρ为导体的电导率单位为：(Ω·mm 2/m)或(μ·Ω·cm)(二)影响电导率的因素1．杂质含量如果在导体中掺入杂质，杂质会影响原子的排列，引起电阻率的增加。

2．温度随着导体的温度升高，导体内的原子热振动加剧，自由电子的碰撞机会增加，电阻率随之增加。

涡流检测原理
涡流检测是一种常用的无损检测方法，它利用涡流感应原理来检测材料中的缺
陷和表面裂纹。

涡流检测广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路运输、石油化工等领域，成为保障设备安全可靠运行的重要手段。

涡流检测原理基于法拉第电磁感应定律，当交变电流通过线圈时，会在线圈周
围产生交变磁场。

当线圈靠近导电材料表面时，磁场会在材料表面感应出涡流。

如果材料表面有缺陷或裂纹，涡流的路径会发生改变，从而可以通过检测涡流的变化来判断材料表面的缺陷情况。

涡流检测的原理简单清晰，其检测过程也相对简便快速。

一般来说，涡流检测
仪器由交流电源、线圈、探头和信号处理系统组成。

当交流电源通电时，线圈产生交变磁场，探头贴近被检测材料表面，检测涡流信号并传输至信号处理系统进行分析，从而实现对材料缺陷的检测。

涡流检测具有高灵敏度和高分辨率的特点，可以检测出微小的缺陷和表面裂纹，对材料的损伤程度有很好的反映。

同时，涡流检测无需接触被检测材料，不会对材料造成损伤，适用于对材料表面进行快速、准确的检测。

在实际应用中，涡流检测可以用于金属材料、合金材料、导体和非导体材料的
缺陷检测。

例如，飞机的发动机叶片、汽车的轴承、管道的焊接接头等都可以通过涡流检测来确保其质量安全。

此外，涡流检测还可以用于金属材料的分类和排序，提高生产效率和产品质量。

总的来说，涡流检测原理简单直观，操作方便快捷，具有高灵敏度和高分辨率
的特点，适用于各种材料的缺陷检测和质量控制。

随着科技的不断发展，涡流检测技术也在不断完善和提升，将为各行业的安全生产和产品质量提供更可靠的保障。

涡流检测原理涡流检测是运用电磁感应原理，将载有正弦波电流激励线圈，接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面感应电流（此电流称为涡流）。

也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场。

又反射到探头线圈，导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位。

因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化。

涡流检测实质上就是检测线圈阻抗发生变化并加以处理，从而对试件的物理性能作出评价。

影响涡流场的因素有很多，诸如探头线圈与被测材料的耦合程度，材料的形状和尺寸、电导率、导磁率、以及缺陷等等。

因此，利用涡流原理可以进行金属材料探伤、测厚、硬度材质淬火等分选。

1．什么是涡流检测？利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内部质量状况的无损检测方法称为涡流检测（图1）。

2．涡流检测线圈与工件的相对位置（图2）图1 涡流检测原理图2 涡流线圈与工件的三种位置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。

在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场;把能量传递给被检导体;同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。

所以说，检测线圈是一种换能器。

检测线圈的形状、尺寸和技术参数对于最终检测是至关重要的。

在涡流探伤中，往往是根据被检测的形状，尺寸、材质和质量要求(检测标准)等来选定检测线圈的种类。

常用的检测线圈有三类：穿过式线圈; 穿过式线圈是将被检测试样放在线圈内进行检测的线圈，适用于管、棒、线材的探伤。

由于线圈产生的磁场首先作用在试样外壁，因此检出外壁缺陷的效果较好，内壁缺陷的检测是利用的渗透来进行的。