Page 90 - 无损检测2024年第十一期

陈 军，等：

装甲车诱导轮涡流检测阵列探头设计仿真与试验分析

2 阵列探头设计与仿真

2.1 线圈型式
线圈是涡流阵列探头的核心，线圈的类型、尺
寸对涡流检测的灵敏度、有效范围等有重要影响 [16] 。
矩形线圈和圆柱形线圈是目前工程中应用最多的两
种线圈类型，其结构示意如图4所示。利用CIVA仿
真软件模拟了两种线圈的涡流密度，设置的线圈参
数如表3，4所示，圆柱形线圈与矩形线圈的模拟涡
流密度对比如图5所示。

图 6 圆形线圈与矩形线圈的渗透深度对比

图 4 圆柱形线圈与矩形线圈结构示意
表3 圆柱形线圈参数
线圈形式 内径r/mm 外径R/mm 高度h/mm 匝数 图 7 仿形阵列探头结构示意
圆柱形 3 4 2 200 轮毂表面，线圈之间紧密排布，通过分时激励的方法
表4 矩形线圈参数 避免线圈之间的互感，同时每个线圈只接收自己发
射的涡流信号，属于自感式涡流阵列传感器，相较于
长度 宽度 厚度 高度
线圈形式 匝数
L/mm W/mm E/mm H/mm 点式探头的多次检测，仿形阵列探头只需要一次即
矩形 3 3 0.5 2 200 可完成对装甲车诱导轮加强筋处裂纹的检测。
矩形线圈在高度为2 mm，匝数为350，试件参数
与检测条件如表1所示的情况下，通过改变线圈的长
度、宽度、厚度来分析响应信号幅值的变化。探头由
8个线圈横向排布组成，考虑到加强筋宽度的限制，
各线圈在设定参数时应保证W+2E=2. 5 mm。其
中长度为0. 1~5. 0 mm，宽度为0. 1~2. 4 mm，厚度
为 0. 05~1. 2 mm。设定缺陷尺寸（长×宽×高）
为5 mm×0. 2 mm×0. 1 mm，不同尺寸线圈检测该
图 5 圆柱形线圈和矩形线圈的模拟涡流密度对比 缺陷时的信号幅值如图8所示，可知当L=4. 8 mm，
由图5可知，矩形线圈相较于圆柱形线圈在长 W=1. 6 mm， E=0. 45 mm时， 信号幅值最大。
2.2 提离效应
边处涡流密度更高（颜色更深），具有更高的检测灵
敏度。两种线圈的涡流场渗透深度对比如图6所示， 诱导轮的表面涂有不导电的保护漆层，相当于
可见，在相同的渗透深度下，矩形线圈所产生的涡流 探头和工件之间存在一定的提离高度。同时激励频
密度要大于圆柱形线圈的。 率对检测结果也有着重要的影响，随着频率升高，试
由于探头倾斜对检测结果有较大影响，设计了 件表面的涡流密度增加，涡流场的渗透深度逐渐减
一种形状类似于马鞍的仿形阵列探头，其结构示意 小。不同频率下涡流场强度随深度的变化曲线如图9
如图7所示，该探头可以在轮毂处滑动，能够保证每 所示。由图9（a） 可知，保护漆的存在会降低诱导轮
个线圈均垂直于被测试件，采用8组线圈即可覆盖 表面的涡流场强度。将各组数据进行归一化处理，

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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测