Page 39 - 无损检测2023年第四期
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刘政豪, 等:
磁传感器尺寸对涡流检测性能的影响
陷埋深( 2~8mm ), 其模拟结果如图12所示。
图10 10 μ m 以下线圈的样品总电感与膜厚的关系曲线
子学测量设备80dB~90dB的动态范围相符。
3.2 频率不同时的涡流检测
不同频率下, 小尺寸高灵敏度磁传感器与感应
线圈涡流检测模拟结果如图 11 所示, 图中, Δ M 为
激励线圈与样品之间的互感变化幅度; 横坐标为传
感器沿样品表面扫描的距离。对于埋深2.5mm 的
缺陷, 灵敏度最高的激励频率为5kHz , 磁传感器测
得的磁场变化幅度为 3.10 μ T , 感应线圈互感相对
变化幅度为2.07×10 , 因此磁传感器的灵敏度余
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量为69.8dB , 感应线圈的灵敏度余量为48.2dB , 相 图12 不同缺陷埋深下小尺寸高灵敏度磁传感器与
感应线圈涡流检测模拟结果
差21.6dB 。可见, 如果磁传感器的灵敏度足够高,
那么在涡流检测中是更有优势的。如果磁传感器灵 可见, 两种检测方式下, 灵敏度余量均随着埋深
敏度为12nT , 在上述条件下与最大增益120dB 的 的增 加 而 减 小, 符 合 趋 肤 效 应 规 律。当 埋 深 从
传统涡流检测仪相当。 2mm 增加到8mm 时, 磁传感器相比感应线圈的
灵敏度余量优势从15.1dB 扩大到22.7dB , 表明小
尺寸磁传感器在深层缺陷检测上更有优势。
3.4 两种传感器距样品距离不同时的涡流检测
对比小尺寸磁传感器与大尺寸磁传感器的涡流
检测性能。激励频率相同, 设小尺寸磁传感器距样
品1mm , 大尺寸磁传感器距样品25mm , 激励线圈
不变, 激励频率为2kHz , 缺陷埋深为10mm , 其模
拟结果如图13所示。
图13 ( a ) 中, 涡流磁场幅度为36.6nT , 图13 ( b )
中, 涡流磁场幅度为5.67nT , 表明大尺寸磁传感器
测得的磁场幅度为小尺寸磁传感器的15.5% , 差距
为16.2dB , 即16.2dB 的磁场灵敏度优势才能抵消
上述尺寸劣势。
改变磁传感器与样品的距离, 计算磁场幅度的
变化, 获得距离 - 幅度曲线, 如图 14 黑色曲线( 左纵
轴)。以距离1mm 、 灵敏度1nT 的点作为基点, 计
算不同距离下缺陷信号幅度达到同等大小时, 磁传
图11 不同频率下小尺寸高灵敏度磁传感器与 感器所需的灵敏度, 绘制距离 - 灵敏度曲线( 灵敏度
感应线圈涡流检测模拟结果
需求曲线), 即图14蓝色曲线( 右纵轴)。
3.3 缺陷埋深不同时的涡流检测 由图14可见, 左纵轴对应曲线表示随着距离的
线圈参数不变, 设置激励频率为2kHz , 改变缺 增加( 传感器体积增大), 检测到的磁场幅度逐步下
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2023年 第45卷 第4期
无损检测
