脈沖渦流的檢測原理與實驗研究

脈沖渦流的檢測原理與實驗研究

1脈沖渦流檢測技術(shù)近年來，脈沖漩渦是一種開發(fā)起來的一種新的損傷檢測方法。根據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，如果激勵圈兩端均有交變電流，則同一頻率的漩渦會在相鄰的導(dǎo)線上產(chǎn)生。傳統(tǒng)渦流采用正弦電流作為激勵,而脈沖渦流的激勵電流為具有一定占空比的方波。傳統(tǒng)的渦流檢測對感應(yīng)磁場進行穩(wěn)態(tài)分析,通過測量感應(yīng)電壓的幅值和相角來確定缺陷的位置,而脈沖渦流卻對感應(yīng)磁場進行時域的瞬態(tài)分析,直接測量感應(yīng)磁場最大值的出現(xiàn)時間來進行缺陷檢測。采用脈沖激勵時,無需更換探頭和改變激勵頻率,對被測試件大面積內(nèi)不同深度的缺陷,只需1次掃描就可以完成對缺陷的定量檢測。脈沖渦流檢測技術(shù)具有幾個主要優(yōu)點:操作簡單;對于提離效應(yīng)和邊緣效應(yīng),可以通過后續(xù)的補償算法來消除;速度快。2通過hs-ros傳感器檢測導(dǎo)電電極的安裝圖1為脈沖渦流檢測系統(tǒng)的示意圖,圖1(a)為激勵電流和測量磁場的波形,圖1(b)為探頭的配置示意圖。激勵電流為具有一定脈沖寬度的方波,為了使導(dǎo)體中感應(yīng)的電流足夠強,激勵電流需經(jīng)過功率放大后再驅(qū)動探頭,由于激勵電流為周期性的方波,隨著激勵電流在上升沿和下降沿的周期翻轉(zhuǎn),根據(jù)電磁感應(yīng)定律,這時就會產(chǎn)生周期性跳變的磁場,此磁場感應(yīng)出的脈沖渦流就會在導(dǎo)體中傳播。由于Hall傳感器可以實現(xiàn)對磁場的直接測量,并且在低頻時具有比檢測線圈更好的靈敏度,因此使用Hall傳感器來測量與導(dǎo)體表面垂直的磁場By.探頭的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示,兩片Hall傳感器對稱地緊貼在激勵線圈的底部,在進行缺陷檢測時,一片Hall傳感器置于被測試件的無缺陷處,另一片置于缺陷的正上方。典型的ΔBy曲線如圖1(a)所示,根據(jù)脈沖渦流檢測原理,ΔBy曲線的最大值對應(yīng)著缺陷的深度信息,缺陷越深,則ΔBy出現(xiàn)最大值的延遲時間就會越長,因此,對測量的ΔBy值進行時域分析,就可以確定缺陷的位置,脈沖渦流正是基于此原理來進行無損檢測。3相位累加器頻率控制字n在脈沖渦流測試系統(tǒng)中,激勵脈沖的產(chǎn)生是一個關(guān)鍵部分。實驗系統(tǒng)中,采用直接數(shù)字合成(DirectDigitalSynthesizer,簡稱DDS)技術(shù)來產(chǎn)生激勵脈沖。DDS是近幾年來發(fā)展起來的一種新的頻率/波形合成技術(shù),具有頻率分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快、信號純度高、相位可控等優(yōu)點。該技術(shù)是根據(jù)奈奎斯特采樣定理,從連續(xù)信號的相位出發(fā),將1個正弦信號取樣、量化、編碼,形成1個正弦函數(shù)表,存在ROM/RAM中,合成時,通過相位累加器的頻率控制字來改變相位增量,相位增量的不同將導(dǎo)致1個周期內(nèi)的取樣點數(shù)的不同。因角頻率ω=ΔΔt,在取樣頻率不變的情況下,通過改變相位累加器的頻率控制字,將這種變化的相位/幅值量化的數(shù)字信號通過D/A變換及低通濾波后就可以得到純凈的正弦波,然后經(jīng)過電壓比較器進行波形調(diào)整后就可以得到輸出脈沖。圖2為應(yīng)用DDS技術(shù)設(shè)計的脈沖渦流無損檢測系統(tǒng)的原理框圖。它主要由上位機(主要進行數(shù)據(jù)采集)、單片機80C196KB、DDS芯片AD7008、D/A轉(zhuǎn)換器、六階橢圓低通濾波器、電壓比較器、功率放大電路組成。在工作時,通過鍵盤輸入信號的頻率和幅值,單片機計算得到頻率和幅值的控制字,通過AD7008的MPU接口裝入32位的并行寄存器中,并行寄存器中命令數(shù)據(jù)在裝載指令(LOAD)及命令信號(TC0～TC3)作用下裝入相應(yīng)的寄存器中開始工作輸出的正弦波經(jīng)過整形得到方波脈沖,為了使驅(qū)動電流足夠大,需對此方波電流進行功率放大。功率放大電路使用TDA2030,其最大輸出電流可達到3.5A.系統(tǒng)中,方波脈沖的重復(fù)頻率為40Hz,占空比為1/5,工作電流約為1A(電源電壓為18V)。激勵線圈用直徑為0.24的漆包線繞成的空心線圈,內(nèi)徑為10.2mm,外徑為22.4mm,高為2mm,共繞了300匝。對于磁場的檢測,采用砷化鎵霍爾傳感器SJ411,它具有磁靈敏度高、線性度好等優(yōu)點。由于霍爾元件測量的電壓值為mV級,因此為了便于觀察和采樣,需將此微弱的電壓信號進行放大,然后通過數(shù)據(jù)采集卡對電壓信號進行采集并且存盤,最后,對采集到的數(shù)據(jù)進行靜態(tài)分析來實現(xiàn)對缺陷的定量測量。4缺陷檢測和測量數(shù)據(jù)圖3的上半部分為激勵線圈兩端的驅(qū)動電流波形,下半部分為垂直于試件表面的磁場波形。從圖3可以看出,在激勵脈沖的上升沿和下跳沿,由于電流的突變,使得感應(yīng)出的磁場發(fā)生急劇的變化,選擇對應(yīng)于上升沿的磁場波形作為分析對象。被測試件選用厚度均為8mm銅板和鋁板,在銅板和鋁板上分別加工有深度為4mm,6mm和8mm人工缺陷,被測試件尺寸如圖4所示。在試驗中,針對兩種類型的缺陷進行檢測,分別為表面裂紋和表面下裂紋。其中,表面裂紋是指裂紋形成于試件的表面而表面下裂紋則形成于試件的內(nèi)部加工的人工缺陷分別模擬表面裂紋和表面下裂紋。表1為不同缺陷的測量數(shù)據(jù)。從表中的測量數(shù)據(jù)可以看出:對于表面下裂紋,隨著缺陷深度的加深,感應(yīng)磁場最大值出現(xiàn)的時間就會越長,但是,對于表面裂紋,對于不同深度裂紋,其磁場最大值出現(xiàn)的時間幾乎相同,這表明脈沖渦流適用于表面下深層裂紋的檢測。在實際應(yīng)用中,只要根據(jù)測量的數(shù)據(jù)畫出深度與時間的對應(yīng)曲線,測出最大值出現(xiàn)的時間后,根據(jù)曲線就可以確定缺陷對應(yīng)的深度。5飛機部件缺陷檢測方法對脈沖激勵的渦流無損檢測技術(shù)進行了