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1、涡流检测技术的新进展,黑龙江省电力科学研究院 池永斌,引言,电涡流检测技术提供了一种独特而低成本的高速大规模检查方法,己经在诸如核能、航空航天、海洋、高压、高温和高速工程系统以及汽车、发动机、机械零件、日用品的导电材料相关的检测中广泛使用,成为许多工业生产和维护的有机整体的一部分,占有重要地位。据统计,现代全部无损检测工作中,采用电涡流检测技术来完成的约占35%。据估计,1992一1997年,在美国,CT的应用与研究年增长率达9.5%以上。EcT一直是NDT (2)适用范围广,造价低,能对导电材料中缺陷和因其它因素的影响提供检测的可能性; (3)在一定条件下,可提供裂纹深度信息; (4)不需要
2、耦合剂; (5)和被测件可非直接接触,检测速度快,对成型的被测件易于实现自动化检测; (6)可用于高温、薄管、细线和内空表面等其它检测方法难以进行检测的特殊场合。,电涡流检测的主要缺点,(l)只限于导电材料; (2)只限于表面或近表面; (3)千扰因素多,需进行特殊处理; (4)对复杂形状的构件进行测试的效率低; (5)探伤时难以判断缺陷的种类和形状。,电涡流检测理论与应用研究进展和现状,电涡流检测技术的历史可以追溯到1879年,英国人D.E.Hughes利用感应电流的方法对不同的属和合金进行了判断,首次将电涡流的物理现象同测量联系起来。由于未能找到抑制干扰因素的效方法,当时并未形成一种技术。
3、直到20世纪50年代初,德国人FriedrichForster提出了阻抗分析法,为涡流检测机理的分析和设备研制提供了理论依据,涡流技术的发展才得到实质性的突破,步入实用化阶段(Forste因此而被公认为“现代EcT之父。阻抗分析是目前为止涡流检测最为广泛运用的分析方法,大部分检测仪器都是基于阻抗分析方法而设计的。,电涡流检测理论与应用研究进展和现状,1970年美国人Libby提出了多频涡流技术。该方法采用多个频率同时工作,通过对各个不同频率阻抗增量的分析,能够成功地抑制或消除多个干扰因素,提取所需信息,大大增强了涡流技术的检测能力。70年代中后期,脉冲涡流技术在全世界范围内得到了广泛研究。PE
4、CT最早由密苏里大学的Donald认白idelich在20世纪50年代初进行研究,其原理是将矩形脉冲送入激励线圈,对接收信号进行频谱分析,得到各种谐波的响应进行分析处理,本质上,脉冲涡流法还是多频检测。目前PEcT在工程界还没有广泛应用,主要是因为其瞬态响应的解释仍处在初期阶段。,电涡流检测理论与应用研究进展和现状,随着计算机技术的发展,近二十年来,数值建模技术得到了长足的发展,克服了单纯解析解的缺点,使得涡流检测及其探头设计有了很大提高,也使人们对涡流检测的机理有了更深的认识。基于这个背景,1984年远场涡流技术(Remote Field ECT,RFECT)的先驱Schmidt TR依据实
5、验,提出远场涡流现象中能量耦合通道及耦合方式的假说,同时其他研究人员也借电磁波导理论建立一种半经验模型,定量分析远场涡流现象,试图采用远场涡流检测技术进行油、气输送管道等的在役检测。与常规EcT阻抗平面分析方法不同,RFECT采用低频激励,利用近场和远场区域能量流模式的差异进行检测分析。根据穿透效应,激励线圈释放的能量在被检测线圈接收之前两次穿透被检测结构壁,近场区是磁能量流方向向外的区域,远场区是磁能量流从外面流向材料内部的区域。,电涡流检测理论与应用研究进展和现状,20世纪90年代以来全球信息技术迅猛发展,电涡流检测理论与应用技术研究也得到了快速发,这期间,电涡流NDT应用领域、检测内容和
6、检测手段不断扩展与更新,更加关注在役金属结构、复合材料、复合结构的检测,基础设施(如混凝土结构)、微电子(如PCBs板)、微电机系统MEMS)检测中也有了令人鼓舞的应用。自动化主要是试图减少人工干预,实现检测系统的自动检测和评估。交叉化和自动化的实现,关键在于计算机化,主要内容有:,计算机化的主要内容,(l)基于计算机的建模系统:仿真NDT的过 程,构建探头与被测对象交互响应模型,对于检测参数调整、设备最优化、探头设计、可检测性分析、缺陷尺寸概率误警率预报等有重要意义。 (2)计算机控制的仪器:数据采集、信号处理、信号时基显示、信号分类等都实现计算机化。 (3)提高检测速度及可靠性。,电涡流检
7、测理论与应用研究进展和现状,国内外大量研究机构、科研院所以及NDT设备提供商的科研人员从事电涡流检测的理论及应用技术研究。如美国爱荷华州立大学无损评估中心、爱荷华州立大学电子与计算机工程系、美国sabbagh,AssociatesInc公司、日本大阪原子能及燃料工业有限公司、东京大学原子能研究实验室、希腊萨洛尼卡亚里斯多德大学电气工程系、澳大利亚昆士兰州大学物理系、台湾成功大学电气工程系、南京航空航天大学电磁波工程系、东南大学电气工程系、清华大学电气工程系、西安交通大学电气工程系、南昌航空工业学院测控系、华中科技大学CAD中心、武汉理工大学测控系、上海材料研究所、爱德森(厦门)电子有限公司、厦
8、门涡流无损检测研究所等的研究人员都发表了大量的学术论。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,电涡流检测正向问题研究即:己知缺陷的状况和初级源产生的入射场(Incident Field),求解散射场(scattered Field)的大小和分布(计算探头阻抗的变化z)。 包括:涡流检测正向问题理论;三维涡流场的解析及数值建模、仿真技术;基于阻抗分析和场论分析的涡流检测技术。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,电涡流检测逆向问题研究:利用有限个场点的散射场强来确定缺陷媒质的性质及分布。 包括:缺陷识别、三维重构和成像技术;信号缺陷逆向数学模型、逆向问题数值计算方法、信号处理技术、特征分离技术
9、等。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,频率激励方法、不同的检测机理及其相应检测理论和技术研究:单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流以及基于HTS QUIDs的电涡流检测理论和技术等。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,高性能探头的设计:传感器的数字模型;结构、几何尺寸、性能自动优化;特征值的测定;屏蔽;探头阵列;智能探头的设计;与计算机结合技术。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,涡流检测系统研究开发技术:硬件、软件技术(包括信号获取、测量参数选择、信号处理和结果显示等);检测系统各种参数优化选择,包括:工作频率、提离距离(探头底部到达被检测对象上表面的距离,Liftoff)等。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,新的应用领域研究:在不断提高传统的应用领域、检测对象的检测质量和速度的同时,不断开创电涡流检测新的应用场合以及检测对象。如在铁磁性管道检测中的应 用,钢板生产线中的监控系统,多层PCBs连续性、局部变薄的检测,以及飞机和航空飞行器轨道舱搭接结构内部腐蚀的扫描检测等。,国内外电涡流检测的理论和技术研究热点,新理论新技术的应用:形态学算法、模式识别、小波分析技术、ANN技术的应用。,
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