Page 94 - 无损检测2021年第四期

王安泉, 等:

基于曲面拟合的脉冲涡流测厚方法

组检测电压幅值与金属壁厚的拟合曲线。吴月东
1 脉冲涡流检测系统
等 [ 6 ] 提出了一种基于相对磁通量变化率的铁磁性材
料脉冲涡流检测信号的提离效应消除方法。曲天 脉冲涡流检测系统主要包括上位机、 脉冲信号
阳 [ 7 ] 采用检测线圈测量的晚期斜率特征量以及采用 发生模块、 功率放大模块、 激励线圈、 被测试件、 检测
霍尔元件测量的磁感应强度对提离造成的误差进行 线圈、 放大滤波模块及数据采集模块等。另外, 定制
修正, 减 少 了 提 离 效 应 对 检 测 结 果 的 影 响。 石 坤 加工了 2 根管道阶梯试件, 试件材料选用磁导率为

等 [ 8 ] 通过试验给出提离高度与误差之间的函 数关 400H · m -1 的 Q235 钢, 每根试件有 3 个阶梯, 共计

系, 并进行了定量分析, 最后通过补偿函数对误差进 6 个阶梯, 试件壁厚为 4.5~12mm 。
行补偿。顾增涛等 [ 9 ] 采用带控制量的自回归模型的 脉冲涡流 检 测 系 统 框 图 如 图 1 所 示, 工 作 过
系统辨识方法来抑制提离效应。然而上述提离补偿 程可描述为: 利用上位机软件设置激励参数, 下发
方法存在反演模型复杂、 反演精度低等问题, 未能在 命令控制 脉 冲 信 号 发 生 模 块 产 生 一 定 幅 度、 频 率

现场检测中得到广泛应用。 及占空比 的 脉 冲 信 号, 脉 冲 信 号 经 功 率 放 大 模 块
笔者基 于 对 晚 期 信 号 斜 率 特 征 量、 提 离 高 度 放大后加 载 到 激 励 线 圈 两 端, 再 由 检 测 线 圈 检 测
以及管道 壁 厚 三 者 关 系 的 分 析, 提 出 了 一 种 利 用 叠加磁场的变化, 并将其转换为电压信号, 检测电
三维曲面 拟 合 对 提 离 效 应 进 行 修 正 的 方 法, 并 通 压信号再经前置放大滤波模块后输入至数据采集
过试验验证了该方法可用于带包覆层管道壁厚的 模块, 最后通过上位机读取采集模块的数据, 并对
检测。 其进行处理与分析。

图 1 脉冲涡流检测系统框图
试验所用传感器由激励线圈、 接收线圈、 锰锌铁 生了几个数量级的变化, 所以将感应电压信号进行
氧体磁芯以及线圈骨架等组成。采用的传感器激励 了单对数坐标转换( 见图 3 )。由图 3 可知, 在一段

线圈内径为 9mm , 外径为 30mm , 高度为 40mm , 时间内, 感应电压快速衰减, 其中直线部分对应着涡
线圈匝数为 800 匝; 接收线圈内径为 32 mm , 外径 流由试件上表面向下表面扩散的过程。根据趋肤效

为 40mm , 高度为 12mm , 线圈匝数为 1200 匝。 应 [ 3 ] , 在这一过程中, 涡流强度随深度呈指数规律衰
减, 涡流产生的磁场在检测线圈上感应出的电压也
2 脉冲涡流检测信号及特征分析
呈指数衰减 [ 10 ] 。

2.1 特征量的提取
脉冲涡流检测系统采集到的电压信号由二次磁

场感应产生, 图 2 为不同壁厚管道的感应电压信号,
由图 2 可知, 其晚期信号极其微弱, 通常为毫伏级甚
至微伏级, 在笛卡尔坐标系中, 信号曲线几乎重合在
一起, 难以区分。由于电压信号在短时间范围内发

图 3 单对数坐标系下不同壁厚管道的感应电压信号
在单对数坐标系下, 随着时间的增加, 不同壁厚
的感应电压曲线的晚期斜率有了明显区分, 由于图
中的快速衰减部分对应着脉冲涡流能量从被测试件
上表面到达被测试件下表面后的过程, 所以涡流在
不同壁厚试件上的衰减速度不同, 衰减规律表现为:
图 2 不同壁厚管道的感应电压信号
壁厚越大, 信号衰减得越慢。由图 3 可知, 感应电压
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2021 年 第 43 卷 第 4 期
无损检测