Page 108 - 无损检测2024年第五期

周国正, 等:

基于多频涡流技术的燃料棒包壳管氧化膜厚度测量方法

涂层厚度、 激励频率呈正相关, 氧化膜厚度越大输出
3 多频测量与参数分离
信号幅值越小。
2.4 氧化膜厚度分析 3.1 多频与氧化膜厚度变化规律分析
通过仿真研究了氧化膜厚度变化对线圈输出信 多频多参数涡流检测技术将多个频率的激励信
号幅值的影响, 仿真参数如表5所示。 号作用在同一检测探头上, 采用多参数分离的方式来
表5 氧化膜厚度影响分析时的仿真参数 消除多因素的干扰, 提取有效的特征参数, 该方法能
够有效地抑制多种因素的干扰, 提高涡流检测的效
项目 电导率 /( mS · m -1 )相对磁导率 厚度 / m
μ
率。多频仿真参数设置如表6所示, 其中频率采用对
包壳管 1.43 1 570
数形式, 起始频率为0.4MHz , 终止频率为8.0MHz ,
金属涂层 7.57 1 15
氧化膜 0 1 3~8 包括24个在频率轴上对数均匀分布的频率。
表6 多频仿真参数设置
线圈输出信号幅值随氧化膜厚度变化的关系曲
项目 电导率 /( mS · m -1 )相对磁导率 厚度 / m
μ
线如图6所示。根据式( 12 ) 可计算出, 激励频率分
包壳管1 1.68 1 570

别为1.00 , 2.17 , 4.75MHz时, 氧化膜厚度为3 μ m 包壳管2 1.43 1 570
包壳管3 1.10 1 570
和7 μ m 的变化率( Δ ) 分别为0.1111% , 0.1240%
金属涂层1 7.57 1 6

和0.1352% 。即, 随着激励频率增高, 线圈对于氧 金属涂层2 7.57 1 8

金属涂层3 7.57 1 10
化膜厚度的变化更敏感。
金属涂层4 7.57 1 12
金属涂层5 7.57 1 15
金属涂层6 7.57 1 18
金属涂层7 7.57 1 20
氧化膜1 0 1 3
氧化膜2 0 1 5
氧化膜3 0 1 7
氧化膜4 0 1 9

包壳管电导率为1.43mS · m , 氧化膜厚度分
-1

别为 3 μ m 和 7 μ m , 金属涂层厚度为 6 , 10 , 15 ,
20 μ m 条件下, 线圈输出信号幅值与激励频率的关

系曲线如图 7 所示, 可以看出, 随着激励频率的增
加, 线圈输出信号幅值逐渐增大。
来量化不同频率下, 线圈测量氧化膜
定义Δ f o
厚度时的灵敏度, 则有

| v o - v o |
Δ f o = 2 1 ( 14 )
( v o + v o )/ 2
20 10

式中: v o 和 v o 分别为氧化膜厚度为3 μ m 和7 μ m
1 2
分别为氧化膜
时线圈的输出信号幅值; v o 和v o
10 20

厚度为3 μ m 和7 μ m 时相同网格的空气模型中线
圈输出信号幅值。
随着激励频率变化的曲线如图8所示。随
Δ f o
着激励频率增大, 涡流趋肤深度变小, 同时金属涂层
的增厚也会使涡流更加集中于包壳管表面的金属涂
层中, 而金属涂层的电导率大于包壳管电导率, 线圈
输出信号幅值更易受提离即氧化膜厚度的影响。反
之, 激励频率低或者金属涂层薄时, 线圈输出还会受
到包壳管材料的影响, 因此其受到氧化膜厚度变化
图6 线圈输出信号幅值和氧化膜厚度的关系曲线
的影响相对更小。
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2024年 第46卷 第5期
无损检测