Page 39 - 无损检测2023年第十期
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苏冰洁, 等:
金属构件缺陷的脉冲涡流近 - 远场复合定量检测
测信号在激励信号上升沿和下降沿阶段的幅值变化 场和远场检测信号特征均可对腐蚀减薄缺陷进行响
更加缓慢, 这是因为在电流接通和关断的瞬间, 试件 应, 其与缺陷深度呈正相关关系, 且随着缺陷在深度
中的电磁场信号以高频谐波成分为主导, 该信号构 方向上的进展, 归一化信号特征增大。此外, 通过灵
成的磁场直接耦合分量可快速传播至近场传感器, 敏度对比可发现, 相较近场检测信号特征, 远场检测
而低频谐波成分占主导的间接耦合分量传播至远场 信号特征对缺陷的响应更为灵敏, 这主要是由于磁
传感器的时间更长。 场间接耦合分量二次穿越试件, 其中蕴含更非富的
为进一步探究检测信号对不同尺寸缺陷的响应 缺陷信息。综合以上分析可知, 所提近场和远场检
规律, 提取检测信号与时间轴所围面积作为信号特 测信号特征可用于非铁磁性金属板件腐蚀减薄缺陷
征, 建立信号特征与缺陷尺寸间的关联曲线。鉴于 的定量检测。
非铁磁性金属构件脉冲涡流检测主要利用近场检测 3 检测试验
信号在激励电流关断前的信号部分进行损伤检
测 [ 2 ] , 而脉冲涡流远场检测信号的处理及分析主要 3.1 检测系统及试验设置
集中于激励电流关断后的检测信号段 [ 19 ] , 因此, 针 基于仿真研究, 搭建了非铁磁性金属板件脉冲
对所提脉冲涡流近 - 远场复合检测探头所拾取的近 涡流近 - 远场复合检测试验平台, 其构成如图7 ( a ) 所
场和远场检测信号, 分别计算激励信号一个周期内 示。该系统主要包括: 由信号发生器和功率放大器
近场检测信号在 t=0~10ms段的信号积分面积和 组成的探头激励模块; 由激励线圈、 电磁屏蔽层和磁
远场检测信号在 t=10~30ms段的信号积分面积, 场传感器组合构成的复合检测探头[ 实物见图 7
和 ( b )]; 检测信号滤波放大器; 示波器和计算机。试
将作为近场和远场检测信号特征( 分别记作S near
), 建立信号特征与缺陷深度间的映射曲线。 验中, 探 头 通 入 最 大 幅 值 为 200 mV , 占 空 比 为
S remote
为了便于比较近场和远场检测的灵敏度( K ), 将无 33% , 频率为33.0Hz的脉冲方波激励信号, 同时探
缺陷试件( 即试件厚度为4mm ) 对应的检测信号积分 头中的近场和远场传感器分别拾取近场域和远场域
ref ; 远场检
值作为信号特征参考值( 近场检测对应S near 内的磁感应强度z 分量。
ref ), 对缺陷信号特征进行归一化处理, 归
测对应S remote
一化计算公式为
ref ref
/
S near-S near S near
近场检测
K = ( 3 )
ref / ref
S remote-S remote S remote
远场检测
脉冲涡流近 - 远场复合检测信号特征及检测灵敏
度对比如图6所示, 其中, 柱状图为不同缺陷深度的
检测信号特征与信号特征参考值的差值 Δ S ; 曲线图
为拟合后所得归一化信号特征 - 缺陷深度关联曲线。
图7 试验平台及复合检测探头实物
图7 ( b ) 所示的脉冲涡流近 - 远场复合检测探
头, 最外层磁屏蔽结构的材料为硅钢片, 内嵌于磁
屏蔽结构的电屏蔽环的材料为紫铜, 屏蔽罩内部
图6 近 - 远场复合检测信号特征及灵敏度对比( 仿真) 的激励线圈由厚度为0.3mm 的漆包线绕制而成,
由图6可见, 随腐蚀减薄缺陷深度增大( 即试件 其内径为38mm , 外径为46mm , 高度为8mm , 匝
厚度减薄), ΔS 增大, 表明相较试件无缺陷情况, 近 数为200 匝。近 场 传 感 器 和 远 场 传 感 器 均 采 用
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2023年 第45卷 第10期
无损检测
