b8三维磁场量的特征分析与缺陷定量评估
第５期张玉华，孙慧贤等：脉冲涡流检测中三维磁场量的特征分析与缺陷定量评估８０３度－ｒ。和Ｊ。，且近似等于总涡流密度－ｒ一，因此该区
域内的涡流几乎是同向平行流动，具有均匀分布的
特点。同时这种分布特点的感应涡流也使得线圈下
方空气中同样存在一个均匀的净磁场区Ｂ一，且该
区域内的任何一个点处磁场分量Ｅ处处相等且近
似等于总磁场Ｂ一，而Ｂ，和Ｂ：分量大小近似为零，
所以矩形激励线圈同时还使得ｙ和Ｚ向上磁场信号
还具有自差分特点。ｃ
２受缺陷扰动的三维磁场信号的特征
建立受缺陷扰动的脉冲涡流检测模型，分析三
维磁场分量在缺陷存在时的特点。假设有一个体积
型的表面缺陷，其长×宽×深为１５ｍｍＸ１０ｍｍＸ２ｍｍ，其中心与坐标原点。重合，采用４０ｍｍ×２５ｍｍＸ２５ｍｍ的矩形线圈做激励线圈，线圈中的电流成顺时针方向流动，因此金属导体上均匀区内的感应涡流沿＋Ｙ向流动。为了更直观地反映缺陷对磁场的干扰，将缺陷信号减去无缺陷信号得到差分信号△Ｂ。，△Ｂ，和ＡＢ：，在ｚ一０．５ｍｍ的导体上方ｘ一一２５ｍｍ～２５ｍｍ的范围内每间隔１ｍｍ取值进行分析。
在脉冲涡流检测中，根据激励信号的特点可知金属导体上感应涡流存在的时间很短，当激励信号达到稳定之后，涡流会迅速衰减为零，所以由于缺陷存在导致的磁场变化主要集中在有涡流存在的时候，从图３中可以看到各点处△Ｂ，，△Ｂ，和ＡＢ：发生明显变化的时间集中在信号前端，在到达最大（小）值之后也很快地趋于零，从时间上是一个个的脉冲信号。而从某个时刻不同位置上脉冲信号的幅值的空问分布发现：原本均匀的感应场被破坏，导致三个方向的磁场量出现变化，ＡＢ。在缺陷内部凹陷变小，△Ｂ，在缺陷的上下边缘处有明显波动，且在缺陷的四个顶点附近出现峰值，△Ｂ。则在缺陷的左、右边缘出现类似正弦波形的波动。分析其原因是因为电流总是沿着电阻率小的方向流动，当金属导体中有缺陷存在时，一致沿着＋ｙ向均匀流动的涡流，。就会向缺陷的边缘汇聚和偏转，在另外两个方向上产生了不为零的涡流分量，。和－厂。，从而使原本均匀的磁场也随之发生了改变，出现了新的分布特征。此时只有部分涡流沿着缺陷底部流过，△Ｂ：在缺陷内部出现了凹陷，缺陷越深，从缺陷底部流过的涡流量越少，则△Ｂ；会凹陷得越厉害。同时部分涡流顺着缺陷边缘发生偏转，形成了ＡＢ，和ＡＢ：信号，因为涡流偏转的方向性致使这两个信号在缺陷的上、下和左、右边缘处的方向刚好相反。
图３受扰动的三维磁场分量随时间变化的特点（ｙ＝０，名－－－－０．５ｍｍ）
３试验结果和讨论
新脉冲涡流探头包含一个矩形激励线圈和三个正交放置的感应线圈，其中采用０．２ｍｍ的漆包线绕制４５０匝的矩形激励线圈，大小为４０ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍ。Ｘ，Ｙ和Ｚ三个方向的检测线圈用０．０２ｍｍ径的漆包线绕制，外径×高度×匝数分别为１．８ｍｍＸ２．５ｍｍＸ３００匝，２．９ｍｍＸ２．５ｍｍＸ９００匝和２．９ｍｍＸ２．５ｍｍＸ９００匝。在激励线圈两端施加占空比为５０％，频率为１００Ｈｚ的２５Ｖ方波电压，对导体板上三个大小分别为１５ｍｍ×１０ｍｍＸ０．５ｍｍ，１５ｍｍＸｌ０ｍｍＸｌｍｍ和１５ｍｍＸ１０ｍｍＸ２’ｍｍ的体积型缺陷进行检测，最终得到的感应电压的差分信号△Ｕ，△Ｕ和△以见图４和５。
图４中是三个方向感应电压△眈，△以和△仉的时间响应，从图中可以看出缺陷越深，三个信号的最大值幅值越大，整个信号波形能很直观地反映缺陷深度的大小。对不同位置上的时间响应信号取同一时刻ｔｏ上的值可形成扫描信号见图５，Ｘ向检测信号△以在缺陷内部时最小，ｙ向检测信号△Ｕ在沿缺陷宽度的扫描路径上出现正、负两个峰值，其位置处于缺陷的边缘处，正负两个峰值之间的距离和缺陷的宽度近似相等，Ｚ向检测信号△Ｕ同样也会出现正、负两个峰值，只不过这两个峰值出现在沿缺陷长度的扫描路径上，位置为缺陷边缘附近，两个峰值之间的距离和缺陷的长度大小相对应。从试验结果分析看，采用新的脉冲涡流检测探头将一维检测扩充到三维检测，根据三维磁场响应信号的幅值变化特点能实现对缺陷的定量评估。并且在实际检测中也发现无缺陷时Ｘ向信号玑很大，远远大于另外
两个方向的信号仉和仉，这符合前面分析中所阐
第５期张玉华，孙慧贤等：脉冲涡流检测中三维磁场量的特征分析与缺陷定量评估８０５
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ｃｕｒｒｅｎｔＮＥｒｒＤ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｉ，２００３
张玉华（１９７８－），女，现于国防科技大学
机电工程及自动化学院攻读博士学位，
主要研究方向为电磁无损检测理论及
技术。ｚｈａｎｇｙｕｈｕａ＠ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
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罗飞路（１９４６一），男，博士，教授，博士生
导师，主要从事电磁无损检测技术及其
相关理论的研究，ｎｌ＠ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
脉冲涡流检测中三维磁场量的特征分析与缺陷定量评估
作者：张玉华， 孙慧贤， 罗飞路， 杨宾峰， ZHANG Yu-hua， SUN Hui-xian， LUO Fei-lu，YANG Bin-feng
作者单位：张玉华,孙慧贤,罗飞路,ZHANG Yu-hua,SUN Hui-xian,LUO Fei-lu(国防科技大学机电工程与自动化学院,长沙,410073)， 杨宾峰,YANG Bin-feng(空军工程大学电讯工程学院,西安
,710038)
刊名：
传感技术学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
年，卷(期)：2008,21(5)
被引用次数：3次
参考文献(11条)
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本文链接：https://www.wendangku.net/doc/7a16481024.html,/Periodical_cgjsxb200805021.aspx