无损检测-涡流检测

从而得到探头线圈的蹬掉电阻 R 和等效电感 L[3-4]：
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2M 2 R R1 R 2 2 R 2 ( L 2 ) 2 M L L1 L 2 2 2 2 2 R 2 ( L 2 )
由上式知，涡流的影响使得线圈阻抗的等效电阻（实部）增加，等效电感（虚部）减 小，从而实现全阻抗发生变化，这种变化被称为反射阻抗作用。进一步，等效电阻与 R、等 效电感 L 与互感 M 有关，而互感 M 与被测体和探头的位移有关，所以位移的变化体现为阻 抗的等效变化，故可通过阻抗的方法来达到测量位移的目的[5]。电涡流传感器的探头是一个 电感线圈，改变它与被测金属板的间距，就改变了电感线圈的阻抗大小，阻抗的变化还要 通过后续的测量电路转换为容易测量的电压的变化。 如果控制位移 x、激励 is、电频 f 不变，就可以用来检测与表面电导率 度、表面裂纹等参数，或者检测与材料磁导率 有关的表面温
有关的材料型号、表面硬度等参数。
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第 3 章 涡流硬件系统
3.1 单元结构
高频反射式涡流传感器多用于位移测量。由安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线 圈可粘贴于框架上，或在框架上开一槽，将导线绕在槽内。下图为 CZF1 型涡流传感器的结 构原理，它是将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内。电涡流测量仪结构见图 3-1：
1-线圈； 2-框架； 3-框架衬套； 4-支架； 5-电缆； 6-插头 图 3-1 电涡流测量仪结构
3.2 集肤效应
当 100kHz～2MHz 信号源产生的交变电压施加到电感线圈上时，就产生一次电流 i1 ， 在线圈周围产生交变磁场Φ。如果将线圈靠近一块金属导体，金属导体表面就产生电涡流 i2。i2 在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为趋肤 效应[6]，见图 3-2：。
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第 2 章 理论依据
在金属板材的轧制过程中，成品的厚度是最重要的物理指标之一，目前"国内的钢铁和 有色金属行业多采用非接触式的测厚系统，如射线式、电容式等等，其中"射线测厚系统有 一定的应用"，但其存在着射线管的老化和易损问题，高压发生器的准确度和稳定性以及整 套设备造价过于昂贵，而电容式测厚系统则受引线电容、寄生电容的干扰较大，不易消除。 建立在电涡流效应原理上的测量技术具有结构简单，频率响应带宽，灵敏度高，线性 范围大，体积小等优点。
图 2-2 涡流等效电路 根据等效电路，可列出电路方程组为：
R2 I 2 jL2 I 2 jMI1 0 R1I1 jL1I1 jMI 2 U1
得出线圈在受到导体影响后的等效阻抗：
2M 2 2 M 2 Z1 R1 R2 2 j L L 2 1 2 R2 (L2 ) 2 R2 (L2 ) 2
2.1 基本原理
一块电导体率为ρ、磁导率为μ、厚度为 t、温度为 T 的金属板，离此金属板 x 处有一 个半径为 r 的线圈， 当线圈中通以正弦交变电流时，线圈的周围空间就产生了正弦交变磁场 H1。此时，置于次磁场中的金属板中将产生感应电动势，从而形成电涡流。这个电涡流必 然引起线圈的阻抗 Z 变化[1]。电涡流作用原理见图 2-1：
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如果控制上式中的某些参数恒定不变，而只改变其中的一个参数，这样阻抗就成为这 个参数的单值函数。特别是在ρ、σ、ｒ、ｘ、ｔ、Ｉ、ω恒定不变时，阻抗Ｚ就成为距 离Ｘ的单值函数。因此，电涡流式传感器完整地看应是一个载流线圈加上金属半导体。
2.2 等效电路
高频(>lMHz)激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板 表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感 L 或阻抗 ZL 的变化。线圈自感 L 或阻抗 Z 的变化与距离该金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激 励电流 i 及角频率ω等有关，若只改变距离δ而保持其它参数不变，则可将位移的变化转换 为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。等效电路见图 2-2：
图 2-1
电涡流作用原理
线圈阻抗的变化即与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关。与金属导体的电导率、 磁导率、几何形状、线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有 关。假定金属导体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈---金属导体系统的物理性 质通常可由磁导率μ、电导率ρ、尺寸因子 r、t 及 x、激励电流 I 和频率ω等参数来描述， 线圈的阻抗 Z 可用如下函数表示[2]： Z＝F（ρ，σ，ｒ，ｘ，ｔ，Ｉ，ω）
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第 1 章 绪论
随着现代科技的发展，位移测量特别是针对微小位移的测量方法越来越多。在众多测 量方法中，电涡流检测具有结构简单、灵敏度高、测量现行范围大、抗干扰能力强、不收 油污介质影响的特点，因此在测量位移、厚度等方面的测量获得了广泛的应用。近二、三 十年来，由于电子技术的飞速发展，对电量的测量技术相应地得到提高，如准确度高、灵 敏度高、反应速度快、能连续进行测量、便于自动记录等。可是在科学技术和工程上所要 测量的参数大多为非电量，如机械量（位移、尺寸、力、振动、速度等），热工量（温度、 压力、流量、物位等），成分量（化学成分、浓度等）和状态量（颜色、透明度、磨损量、 裂纹等），因而促使人们研究用电测的方法来测量非电量，这样就形成了一门叫做“非电 量电测技术”的测试技术。 电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探 头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须 是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动 机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确 地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流传感器 以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态 的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
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Hale Waihona Puke 无损检测新技术题目： 作者： 学号：
电涡流无损检测的实现与介绍 SKT、Jeremy 123456789 法人 发
2017 年 4 月 19 日
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目
录
第 1 章 绪论............................................................................................................................. 1 第 2 章 理论依据..................................................................................................................... 2 2.1 基本原理..................................................................................................................... 2 2.2 等效电路.................................................................................................................... 3 第 3 章 涡流硬件系统............................................................................................................. 5 3.1 单元结构..................................................................................................................... 5 3.2 集肤效应..................................................................................................................... 5 3.3 测量系统..................................................................................................................... 6 3.4 测量电路..................................................................................................................... 6 3.4.1 电桥电路.......................................................................................................... 6 3.4.1 谐振.................................................................................................................. 7 第 4 章 应用案例与注意事项................................................................................................. 8 4.1 桥梁监测..................................................................................................................... 8 4.2 转速测量..................................................................................................................... 8 4.3 机械振动检测............................................................................................................. 8 4.4 注意事项..................................................................................................................... 9 4.4.1 被测体要求...................................................................................................... 9 4.4.2 安装要求.......................................................................................................... 9 第 5 章 参考文献................................................................................................................... 11