1、1第第3章章 涡流检测设备涡流检测设备3.4.1 涡流传感器涡流传感器结构；功能；分类结构；功能；分类3.4.2 涡流检测仪器涡流检测仪器分类；结构；基本电路分类；结构；基本电路23.4.1 涡流传感器涡流传感器1.基本结构基本结构2.基本功能基本功能3.三种分类三种分类31.基本结构；基本结构；2.基本功能基本功能n结构：结构：由由激励绕组、检测绕组、骨架和外壳组成。激励绕组、检测绕组、骨架和外壳组成。n功能：功能：激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场，激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场，使工件产生涡流的功能；使工件产生涡流的功能；检取所需信号的功能，即
2、检测获取工件质量检取所需信号的功能，即检测获取工件质量情况的信号并把信号送给仪器分析评价；情况的信号并把信号送给仪器分析评价；抗干扰的功能，即要求涡流抗干扰的功能，即要求涡流传感器具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时需抑制直径、壁厚变传感器具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时需抑制直径、壁厚变化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。n涡流传感器（整体）又称作涡流传感器（整体）又称作检测线圈检测线圈43.三种分类三种分类n1.按检测线圈输出信号按检测线圈输出信号感应方式感应方式不同分类不同分类n2.按检测线圈与工件按检测线圈与工件相
3、对位置相对位置分类分类n3.按按比较方式比较方式线圈绕制连接线圈绕制连接分类分类51.按输出信号按输出信号感应方式感应方式不同分类不同分类n自感式（参量式）：参量式线圈输出的信号是线圈阻抗的变化，一般它既是产生激励磁场的线圈，又是拾取工件涡流信号的线圈，所以又叫自感式线圈，如图a。n互感式（变压器式）：变压器式线圈，输出的是线圈上的感应电压信号，一般由两组线圈构成，一个专用于产生交变磁场的激励线圈（或称处级线圈），另一个用于拾取涡流信号的线圈（或称次级线圈），又叫互感式线圈，如图b。62.按线圈与工件按线圈与工件相对位置相对位置分类分类n外穿过式n这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。如
4、图所示。它可检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部通过的导电试件。由于采用穿过式线圈、容易实现批量、高速检验及实现自动化检测，因此，广泛地应用于小直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。1线圈；2试件；3线圈架7内通过式（内插式）内通过式（内插式）n在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子的内部这种插入试件内部进行检测的探头称为的内部这种插入试件内部进行检测的探头称为内通过式探头，它适用于冷凝器管道（如钛管、内通过式探头，它适用于冷凝器管道（如钛管、铜管等）的在役检测。铜管等）的在役检测。1线圈架；2线圈；3试件8放置式（点式；探头式）放置式（点式
5、；探头式）n在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进行检验。这在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进行检验。这种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场聚焦的性质，其灵敏度高。聚焦的性质，其灵敏度高。它适用于各种板材、带材和它适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域做局部检测。某一区域做局部检测。1线圈；2磁芯；3外壳；4试件9穿过式线圈穿过式线圈10内插式线圈内插式线圈113.按按比较方式比较方式绕制连接绕制连接分类分类n绝对式：如图a所示，直接测量线圈阻
6、抗的变化，在检测时可用标准试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零，再将被试工件放入线圈，这时，若仍无输出，表示试件和标准试件的有关参数相同。若有输出，则依据检测目的不同，分别判断引起线圈阻抗变化的原因是裂纹还是其他因素。这种工作方式可用于材质的分选和测厚，又可进行缺陷的检测。n标准比较式（它比式）：典型的差动式涡流俭测采用二个检测线圈反向联接成为差动形式。如图b所示、一个线圈中放置被检试件(与被测试件具有相同材质、形状、尺寸且质量完好)，而另一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被检试件质量不同于标准试件(如存在裂纹)时，检测线圈就有信号输出，实现对试件的检测。12（a）绝对式
7、；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比式）：是标准比较式的特例，采用同一检测试件的不同部分作为比较标准，故称为自比较式。如图c所示，两个相邻安置的线圈、同时对同试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何参数变化通常是比较小的，对线圈阻抗影响也比较微弱。如果将两个线圈差动联接，这种微小变化的影响便几乎被抵消掉，如果试件存在缺陷，当线圈经过缺陷(裂纹)时将输出相应急剧变化的信号，且第个线圈或第二个线圈分别经过同一缺陷时所形成的涡流信号方向相反。13绝对式和自比式绝对式和自比式单线圈和差动线圈单线圈和差动线圈n绝对式绝对式n对所有变化敏感对所有变化敏感n易区分混合信号易区分混合信号
8、n显示缺陷整个长度显示缺陷整个长度n温度不稳定时易发生温度不稳定时易发生漂移漂移n对探头的颤动比差式对探头的颤动比差式敏感敏感n自比式自比式n温漂小温漂小n抑制颤动抑制颤动n对短伤敏感对短伤敏感n对缓慢变化对缓慢变化长缺陷长缺陷不敏感不敏感n只能探出长缺陷的终只能探出长缺陷的终点和始点点和始点n有时信号不好解释有时信号不好解释143.4.2 涡流检测仪器涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材料进行涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材料进行无损检测的电子设备。无损检测的电子设备。1.分类分类导电仪；测厚仪；探伤仪导电仪；测厚仪；探伤仪2.基本结构基本结构3.基本电路基本电路15涡流检测
9、仪器原理框图涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率的振荡电流流经检测线圈，线圈产生交变磁场并在试件中感生涡流，同时，受导电试件影响的涡流会使检测线圈的电性能发生变化，通过信号输出电路将(包含待测信息的)检测线圈电性能的变化转变成电信号输出，经放大器放大，信号处理器消除各种干扰，然后输入显示器显示检测结果。16涡流电导仪涡流电导仪n测量金属及其合金中的电导率测量金属及其合金中的电导率(成分、热处成分、热处理状态理状态/杂质杂质)n测量灵敏度：用每单位电导率变化所对应测量灵敏度：用每单位电导率变化所对应的阻抗变化值来表示。的阻抗变化值来表示。S=(Z)/()n选择频率比选择频
10、率比f/fg，使阻抗点在曲线的最右边，使阻抗点在曲线的最右边，这样，灵敏度较高这样，灵敏度较高17涡流测厚仪涡流测厚仪n含义含义1.测量金属基体上测量金属基体上绝缘层厚度绝缘层厚度，利用提离，利用提离效应效应(在涡流检测中，探头晃动引起的信号变在涡流检测中，探头晃动引起的信号变化叠加在缺陷信号中，阻碍对缺陷的正确判断化叠加在缺陷信号中，阻碍对缺陷的正确判断与识别，这种干扰称为提离干扰，又称为提离与识别，这种干扰称为提离干扰，又称为提离效应效应)，金属基体厚度，金属基体厚度3倍渗透深度倍渗透深度n含义含义2.检测检测金属片厚度金属片厚度，利用厚度效应（，利用厚度效应（线圈线圈的视在阻抗要随金属薄
11、板厚度的不同而发生相的视在阻抗要随金属薄板厚度的不同而发生相应的变化应的变化），测量范围），测量范围3倍渗透深度倍渗透深度n选择较高频率，抑制金属电导率的影响选择较高频率，抑制金属电导率的影响18涡流探伤仪涡流探伤仪n缺陷缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响会改变导体内涡流的分布，从而影响线圈阻抗线圈阻抗n缺陷效应缺陷效应是电导率效应、磁导率效应和直是电导率效应、磁导率效应和直径效应的局部综合结果。径效应的局部综合结果。n提取提取缺陷信号缺陷信号，抑制，抑制干扰信号干扰信号，三种，三种分析分析方法方法n1.相位分析法相位分析法n2.频率分析法频率分析法n3.幅度分析法幅度分析法19信号形成与检
12、出信号形成与检出n调制：调制：试件与线圈相对运动，试件信息试件与线圈相对运动，试件信息信信号号加载在高频振荡信号上的过程。包括幅加载在高频振荡信号上的过程。包括幅度调制、频率调制和相位调制。度调制、频率调制和相位调制。n解调：解调：将加在高频振荡信号的试件信息将加在高频振荡信号的试件信息信信号号检出的过程。检出的过程。n幅度和相位解调幅度和相位解调相敏检波器相敏检波器n频率解调频率解调滤波器滤波器202 涡流检测仪器的基本结构涡流检测仪器的基本结构n激励：激励：振荡器，功率放大器振荡器，功率放大器n检出：检出：探头，电桥，自动平探头，电桥，自动平衡衡n处理：处理：相敏检波器（含移相相敏检波器（
13、含移相器），滤波器，幅度鉴别器器），滤波器，幅度鉴别器n显示：显示：示波器，记录仪示波器，记录仪n（计算机系统）（计算机系统）涡流检测系统的基本结构1振荡器，2电压表，3探头，4裂纹，5工件213 基本电路基本电路n振荡器，功放：振荡器，功放：激励源激励源n电桥：电桥：检出信号检出信号n放大器：放大器：用于放大微弱的输入信号，提高检测用于放大微弱的输入信号，提高检测灵敏度。灵敏度。n移相器：移相器：相位基准相位基准n相敏检波器：相敏检波器：相位分析相位分析n滤波器：滤波器：调制调制频率分析频率分析n幅度鉴别器：幅度鉴别器：报警电平报警电平n相位旋转电路：相位旋转电路：n显示器：显示器：22电桥
14、电桥n电桥：电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压提取微小的阻抗变化，转化为电压信号交流信号交流n无伤状态，电桥接近平衡；有伤状态，电无伤状态，电桥接近平衡；有伤状态，电桥失衡桥失衡n交流电桥交流电桥平衡条件：平衡条件：n图图3-49，Z1Z4=Z2Z3；1+4=2+323移相器；相敏检波器移相器；相敏检波器n检波：检波：检出加在高频信号上的低频信号检出加在高频信号上的低频信号n方法：方法：电子开关，检出峰值，控制信号与电子开关，检出峰值，控制信号与高频信号同相高频信号同相n相敏检波：相敏检波：控制信号相位随干扰信号相位控制信号相位随干扰信号相位变化。变化。24n相位：相位：干扰信号过零时发出控
15、制信号，即干扰信号过零时发出控制信号，即二者相差二者相差90度度n移相器：移相器：调整控制信号相位。输入：振荡调整控制信号相位。输入：振荡信号；输出：控制信号信号；输出：控制信号n平滑滤波：平滑滤波：检波器中的电容是必要的检波器中的电容是必要的n经过相敏检波器，高频信号变为低频信号经过相敏检波器，高频信号变为低频信号2526相敏检波器原理框图相敏检波器原理框图移相器移相器振荡信号振荡信号控制信号控制信号相敏检波器相敏检波器待测信号待测信号电子开关电子开关低通滤波器低通滤波器输出信号输出信号滤波电容滤波电容27滤波器滤波器n低通滤波器；高通滤波器低通滤波器；高通滤波器(只通过高频信号，只通过高频
16、信号，阻止低频信号的滤波器阻止低频信号的滤波器)；带通；频率特性；带通；频率特性(曲线曲线)n截止频率截止频率fc；中心频率中心频率f0；带宽带宽fc2-fc1n调制频率：调制频率：试件与线圈相对运动，试件信息试件与线圈相对运动，试件信息加载在高频振荡信号上，振荡信号幅度变化加载在高频振荡信号上，振荡信号幅度变化的低频信号的频率。的低频信号的频率。n调节滤波器，调节滤波器，使：带通滤波器中心频率缺使：带通滤波器中心频率缺陷信号的调制频率陷信号的调制频率28频率特性曲线频率特性曲线fAfcfAfcfAfc1fc2f00.7A低通低通 高通高通 带通带通29幅度鉴别器幅度鉴别器n作用：作用：去除小
17、噪声去除小噪声n电路：电路：比较器比较器n调节：调节：抑制电平抑制电平n注意：抑制电平注意：抑制电平影响线性；影响线性；报警电平报警电平根据根据验收标准用对比试样（标准伤）确定验收标准用对比试样（标准伤）确定报警电平报警电平抑制电平抑制电平30显示器显示器n传统：传统：示波管（示波管（CRT）。方式：椭圆显示；方式：椭圆显示；正弦波显示；矢量点显示正弦波显示；矢量点显示n现代：现代：计算机显示器计算机显示器。特点：记忆存储。特点：记忆存储。方式：时基显示；矢量显示方式：时基显示；矢量显示n其它：指针式表头；数码管其它：指针式表头；数码管LEDLED；液晶液晶LCDLCD31显示方式显示方式1时
18、基显示时基显示n显示：显示：将处理后信号加在垂直方向，锯齿将处理后信号加在垂直方向，锯齿波加在水平方向（示波器原理）。波加在水平方向（示波器原理）。n令一个锯齿波周期一个试件检测时间，令一个锯齿波周期一个试件检测时间，每屏显示整个试件对应的波形，容易实现每屏显示整个试件对应的波形，容易实现纵向定位纵向定位（轴向定位）（轴向定位）n利用下一根试件的端头信号利用下一根试件的端头信号刷新屏幕刷新屏幕n显示信息：显示信息：幅度；时间幅度；时间 纵向位置纵向位置n报警方式：报警方式：幅度报警幅度报警 直线直线,水平线水平线32显示方式显示方式2矢量显示矢量显示n显示：显示：将处理后信号经过两路控制信号相差将处理后信号经过两路控制信号相差90度的相敏检波器分解为度的相敏检波器分解为Ux和和Uy，分别加分别加在水平方向和垂直方向，形成矢量光点在水平方向和垂直方向，形成矢量光点n图线：图线：缺陷通过线圈时，检测信号变化使光缺陷通过线圈时，检测信号变化使光点连续变化，形成特定的点连续变化，形成特定的8字图线字图线3334n显示信息：显示信息：光点的位置反映信号的幅度和相光点的位置反映信号的幅度和相位；根据相位信息可判断缺陷的种类或深度位；根据相位信息可判断缺陷的种类或深度位置位置n报警方式：报警方式：幅度幅度-相位报警相位报警 弧线弧线,扇形区扇形区35
