Page 106 - 无损检测2022年第四期

唐 健,等:
大提离漏磁无损检测方法

迅速衰减 [ 4 ] , 无法有效地检测微小裂纹或在处于复 大时, 漏 磁 场 变 动 为 ΔB 2 , 可 以 明 显 看 出, ΔB 1 >
杂电磁环境下的裂纹。笔者首先辨析了探头、 传感 。也就是说当低提离时, 探头对提离值的变化
ΔB 2
器和敏感元件的概念, 对提离值的定义进行了讨论; 更加敏感, 更加不稳定; 而高提离时, 探头对提离值
然后分析了实现大提离漏磁检测的关键要素; 最后 的变动更不敏感, 信号更加稳定。
对国内外的研究成果进行了归纳总结, 以期为进一
步开展相关研究及工程应用提供参考。

1 漏磁检测中的提离值

1.1 提离值定义
“ 提离值” 源自涡流检测、 漏磁检测等电磁无损
检测方法中的提离效应, 即缺陷产生的扰动磁场在
空气中传递迅速衰减, 同时导致传感器在不同高度
图 2 漏磁场与提离值的函数关系
检测到的信号差异较大。
漏磁检测提离值定义如图 1 所示。通常敏感元 在高精度漏磁检测中, 传感器零提离可以获得
件和封装外壳构成的传感器可以直接测量漏磁场, 最佳的检测灵敏度, 但会磨损传感器, 而且对于轴承
如传感器 A , 也可以在传感器底部增加汇集磁场的 套圈、 凸轮轴等表面精密加工的零件而言, 传感器直
传递介质构成 灵敏度更高的传 感 器, 如 传 感 器 B 。 接接触扫查还可能会划伤精加工面。同时, 微小提
如果考虑到传感器耐磨、 耐高温、 防止工件划伤等目 离检测会使机械抖动噪声信号明显, 信号不稳定。
的, 需要保持传感器与工件之间一定的 提离值, 即 因此大提离漏磁检测的信号增强方法一直以来是学
, 此时提离值定义中的“ 传感器” 应该理 者们研究的重点。
图 1中的d 1
解为具有独立功能和封装结构的传感器。但是, 当 1.3 大提离检测的要素
以“ 提离效应” 讨论提离值时, 无论是贴片电感还是 将无损检测的传感过程简化为如图 3 所示的系
霍尔元件, 传感器外层的封装结构并不影响提离效 统模型。首先待检测工件产生信源( 如光、 超声波、
应, 实际的提离值仍为敏感元件与工件之间的距离, 磁场、 电场、 热场等), 信源经过传输介质的传导, 扩
, 而非传感器底面与工件之间的距离 散至传感器所在的区域, 传感器将特定的物理信号
即图 1 中的d 2
, 此时提离值定义中的“ 传感器” 应该理解为敏感 转化为方便传输、 识别、 存储的电信号, 从而完成信
d 1
元件。下文介绍的诸多大提离检测方法, 也讨论的 号的拾取和转换。
是敏感元件到工件的距离。

图 3 无损检测传感的系统模型
图 1 漏磁检测提离值定义示意 提离值主要在电磁无损检测领域中使用, 通常
1.2 提离值的影响 都在毫米和亚毫米尺度。而光学检测和热成像检测
漏磁场水平分量与提离值的函数关系如图 2 所 却可以实现分米级甚至米级的远距离检测, 主要原
示 [ 5 ] , 可见, 漏磁场随提离值的增大呈负指数级衰 因是光学检测通过打光使被检测特征产生足够强和
减。因此当提离值较大时, 漏磁场信号会大幅衰减, 对比度足够高的可见光反射; 热成像检测是通过加
降低信噪比。另一方面, 提离值也会影响漏磁信号 热使检测对象的热场分布不均且对外产生红外辐
的稳定性 [ 6 ] 。由图 2 可以看出, 当提离值较小时, 提 射, 无论是可见光还是红外辐射都是一种电磁波, 电
, 而当提离值较 磁波在空气中传播能量集中, 衰减很小, 通过足够高
离值变动 Δ l 导致漏磁场变动 ΔB 1
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2022 年 第 44 卷 第 4 期

无损检测