涡流检测仪器(五)课件

第3章涡流检测设备3.4.1涡流传感器结构；功能；分类3.4.2涡流检测仪器分类；结构；基本电路1第3章涡流检测设备3.4.1涡流传感器13.4.1涡流传感器1.基本结构2.基本功能3.三种分类23.4.1涡流传感器1.基本结构21.基本结构；2.基本功能结构：由激励绕组、检测绕组、骨架和外壳组成。功能：①激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场，使工件产生涡流的功能；②检取所需信号的功能，即检测获取工件质量情况的信号并把信号送给仪器分析评价；③抗干扰的功能，即要求涡流传感器具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时需抑制直径、壁厚变化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。涡流传感器（整体）又称作检测线圈31.基本结构；2.基本功能结构：由激励绕组、检测绕组、骨架和3.三种分类1.按检测线圈输出信号[感应方式]不同分类2.按检测线圈与工件相对位置分类3.按比较方式[线圈绕制连接]分类43.三种分类1.按检测线圈输出信号[感应方式]不同分类41.按输出信号[感应方式]不同分类自感式（参量式）：参量式线圈输出的信号是线圈阻抗的变化，一般它既是产生激励磁场的线圈，又是拾取工件涡流信号的线圈，所以又叫自感式线圈，如图a。互感式（变压器式）：变压器式线圈，输出的是线圈上的感应电压信号，一般由两组线圈构成，一个专用于产生交变磁场的激励线圈（或称处级线圈），另一个用于拾取涡流信号的线圈（或称次级线圈），又叫互感式线圈，如图b。51.按输出信号[感应方式]不同分类自感式（参量式）：参量式线2.按线圈与工件相对位置分类[外]穿过式这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。如图所示。它可检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部通过的导电试件。由于采用穿过式线圈、容易实现批量、高速检验及实现自动化检测，因此，广泛地应用于小直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。1－线圈；2－试件；3－线圈架62.按线圈与工件相对位置分类[外]穿过式1－线圈；2－试件内通过式（内插式）在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子的内部．这种插入试件内部进行检测的探头称为内通过式探头，它适用于冷凝器管道（如钛管、铜管等）的在役检测。1－线圈架；2－线圈；3－试件7内通过式（内插式）在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子放置式（点式；探头式）在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进行检验。这种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场聚焦的性质，其灵敏度高。它适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域做局部检测。1－线圈；2－磁芯；3－外壳；4－试件8放置式（点式；探头式）在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进穿过式线圈9穿过式线圈9内插式线圈10内插式线圈103.按比较方式[绕制连接]分类绝对式：如图a所示，直接测量线圈阻抗的变化，在检测时可用标准试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零，再将被试工件放入线圈，这时，若仍无输出，表示试件和标准试件的有关参数相同。若有输出，则依据检测目的不同，分别判断引起线圈阻抗变化的原因是裂纹还是其他因素。这种工作方式可用于材质的分选和测厚，又可进行缺陷的检测。标准比较式（它比式）：典型的差动式涡流俭测．采用二个检测线圈反向联接成为差动形式。如图b所示、一个线圈中放置被检试件(与被测试件具有相同材质、形状、尺寸且质量完好)，而另一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被检试件质量不同于标准试件(如存在裂纹)时，检测线圈就有信号输出，实现对试件的检测。113.按比较方式[绕制连接]分类绝对式：如图a所示，直接测量线（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比式）：是标准比较式的特例，采用同一检测试件的不同部分作为比较标准，故称为自比较式。如图c所示，两个相邻安置的线圈、同时对同—试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何参数变化通常是比较小的，对线圈阻抗影响也比较微弱。如果将两个线圈差动联接，这种微小变化的影响便几乎被抵消掉，如果试件存在缺陷，当线圈经过缺陷(裂纹)时将输出相应急剧变化的信号，且第—个线圈或第二个线圈分别经过同一缺陷时所形成的涡流信号方向相反。

12（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比绝对式和自比式[单线圈和差动线圈]绝对式对所有变化敏感易区分混合信号显示缺陷整个长度温度不稳定时易发生漂移对探头的颤动比差式敏感自比式温漂小抑制颤动对短伤敏感对缓慢变化[长缺陷]不敏感只能探出长缺陷的终点和始点有时信号不好解释13绝对式和自比式[单线圈和差动线圈]绝对式自比式133.4.2涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材料进行无损检测的电子设备。1.分类导电仪；测厚仪；探伤仪2.基本结构3.基本电路143.4.2涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率的振荡电流流经检测线圈，线圈产生交变磁场并在试件中感生涡流，同时，受导电试件影响的涡流会使检测线圈的电性能发生变化，通过信号输出电路将(包含待测信息的)检测线圈电性能的变化转变成电信号输出，经放大器放大，信号处理器消除各种干扰，然后输入显示器显示检测结果。15涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率涡流电导仪测量金属及其合金中的电导率(成分、热处理状态/杂质…)测量灵敏度：用每单位电导率变化所对应的阻抗变化值来表示。S=(∆Z)/(∆σ)选择频率比f/fg，使阻抗点在曲线的最右边，这样，灵敏度较高16涡流电导仪测量金属及其合金中的电导率(成分、热处理状态/杂质涡流测厚仪含义1.测量金属基体上绝缘层厚度，利用提离效应(在涡流检测中，探头晃动引起的信号变化叠加在缺陷信号中，阻碍对缺陷的正确判断与识别，这种干扰称为提离干扰，又称为提离效应)，金属基体厚度>3倍渗透深度含义2.检测金属片厚度，利用厚度效应（线圈的视在阻抗要随金属薄板厚度的不同而发生相应的变化），测量范围<3倍渗透深度选择较高频率，抑制金属电导率的影响17涡流测厚仪含义1.测量金属基体上绝缘层厚度，利用提离效应(在涡流探伤仪缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响线圈阻抗缺陷效应是电导率效应、磁导率效应和直径效应的局部综合结果。提取缺陷信号，抑制干扰信号，三种分析方法1.相位分析法2.频率分析法3.幅度分析法18涡流探伤仪缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响线圈阻抗18信号形成与检出调制：试件与线圈相对运动，试件信息[信号]加载在高频振荡信号上的过程。包括幅度调制、频率调制和相位调制。解调：将加在高频振荡信号的试件信息[信号]检出的过程。幅度和相位解调——相敏检波器频率解调——滤波器19信号形成与检出调制：试件与线圈相对运动，试件信息[信号]加载2涡流检测仪器的基本结构激励：振荡器，功率放大器检出：探头，电桥，自动平衡处理：相敏检波器（含移相器），滤波器，幅度鉴别器显示：示波器，记录仪（计算机系统）

涡流检测系统的基本结构1－振荡器，2－电压表，3－探头，4－裂纹，5－工件202涡流检测仪器的基本结构激励：振荡器，功率放大器3基本电路振荡器，功放：激励源电桥：检出信号放大器：用于放大微弱的输入信号，提高检测灵敏度。移相器：相位基准相敏检波器：相位分析滤波器：[调制]频率分析幅度鉴别器：报警电平相位旋转电路：显示器：213基本电路振荡器，功放：激励源21电桥电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压信号交流无伤状态，电桥接近平衡；有伤状态，电桥失衡交流电桥平衡条件：图3-49，Z1Z4=Z2Z3；φ1+φ4=φ2+φ322电桥电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压信号交流22移相器；相敏检波器检波：检出加在高频信号上的低频信号方法：电子开关，检出峰值，控制信号与高频信号同相相敏检波：控制信号相位随干扰信号相位变化。23移相器；相敏检波器检波：检出加在高频信号上的低频信号23相位：干扰信号过零时发出控制信号，即二者相差90度移相器：调整控制信号相位。输入：振荡信号；输出：控制信号平滑滤波：检波器中的电容是必要的经过相敏检波器，高频信号变为低频信号24相位：干扰信号过零时发出控制信号，即二者相差90度242525相敏检波器原理框图移相器振荡信号控制信号相敏检波器待测信号电子开关低通滤波器输出信号滤波电容26相敏检波器原理框图移相器振荡信号控制信号相敏检波器待测信号电滤波器低通滤波器；高通滤波器(只通过高频信号，阻止低频信号的滤波器)；带通；频率特性(曲线)截止频率fc；中心频率f0；带宽fc2-fc1调制频率：试件与线圈相对运动，试件信息加载在高频振荡信号上，振荡信号幅度变化的低频信号的频率。调节滤波器，使：带通滤波器中心频率＝缺陷信号的调制频率27滤波器低通滤波器；高通滤波器(只通过高频信号，阻止低频信号的频率特性曲线fAfcfAfcfAfc1fc2f00.7A低通高通带通28频率特性曲线fAfcfAfcfAfc1fc2f00.7A低通幅度鉴别器作用：去除小噪声电路：比较器调节：抑制电平注意：抑制电平影响线性；报警电平根据验收标准用对比试样（标准伤）确定报警电平抑制电平29幅度鉴别器作用：去除小噪声报警电平抑制电平29显示器传统：示波管（CRT）。方式：椭圆显示；正弦波显示；矢量点显示现代：计算机显示器。特点：记忆存储。方式：时基显示；矢量显示其它：指针式表头；数码管LED；液晶LCD30显示器传统：示波管（CRT）。方式：椭圆显示；正弦波显示；矢显示方式1－时基显示显示：将处理后信号加在垂直方向，锯齿波加在水平方向（示波器原理）。令一个锯齿波周期＝一个试件检测时间，每屏显示整个试件对应的波形，容易实现纵向定位（轴向定位）利用下一根试件的端头信号刷新屏幕显示信息：幅度；时间[纵向位置]报警方式：幅度报警[直线,水平线]31显示方式1－时基显示显示：将处理后信号加在垂直方向，锯齿波加显示方式2－矢量显示显示：将处理后信号经过两路控制信号相差90度的相敏检波器分解为Ux和Uy，分别加在水平方向和垂直方向，形成矢量光点图线：缺陷通过线圈时，检测信号变化使光点连续变化，形成特定的8字图线32显示方式2－矢量显示显示：将处理后信号经过两路控制信号相差93333显示信息：光点的位置反映信号的幅度和相位；根据相位信息可判断缺陷的种类或深度位置报警方式：幅度-相位报警[弧线,扇形区]34显示信息：光点的位置反映信号的幅度和相位；根据相位信息可判断3535第3章涡流检测设备3.4.1涡流传感器结构；功能；分类3.4.2涡流检测仪器分类；结构；基本电路36第3章涡流检测设备3.4.1涡流传感器13.4.1涡流传感器1.基本结构2.基本功能3.三种分类373.4.1涡流传感器1.基本结构21.基本结构；2.基本功能结构：由激励绕组、检测绕组、骨架和外壳组成。功能：①激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场，使工件产生涡流的功能；②检取所需信号的功能，即检测获取工件质量情况的信号并把信号送给仪器分析评价；③抗干扰的功能，即要求涡流传感器具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时需抑制直径、壁厚变化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。涡流传感器（整体）又称作检测线圈381.基本结构；2.基本功能结构：由激励绕组、检测绕组、骨架和3.三种分类1.按检测线圈输出信号[感应方式]不同分类2.按检测线圈与工件相对位置分类3.按比较方式[线圈绕制连接]分类393.三种分类1.按检测线圈输出信号[感应方式]不同分类41.按输出信号[感应方式]不同分类自感式（参量式）：参量式线圈输出的信号是线圈阻抗的变化，一般它既是产生激励磁场的线圈，又是拾取工件涡流信号的线圈，所以又叫自感式线圈，如图a。互感式（变压器式）：变压器式线圈，输出的是线圈上的感应电压信号，一般由两组线圈构成，一个专用于产生交变磁场的激励线圈（或称处级线圈），另一个用于拾取涡流信号的线圈（或称次级线圈），又叫互感式线圈，如图b。401.按输出信号[感应方式]不同分类自感式（参量式）：参量式线2.按线圈与工件相对位置分类[外]穿过式这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。如图所示。它可检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部通过的导电试件。由于采用穿过式线圈、容易实现批量、高速检验及实现自动化检测，因此，广泛地应用于小直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。1－线圈；2－试件；3－线圈架412.按线圈与工件相对位置分类[外]穿过式1－线圈；2－试件内通过式（内插式）在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子的内部．这种插入试件内部进行检测的探头称为内通过式探头，它适用于冷凝器管道（如钛管、铜管等）的在役检测。1－线圈架；2－线圈；3－试件42内通过式（内插式）在对管件进行检验时，有时必须把探头放入管子放置式（点式；探头式）在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进行检验。这种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场聚焦的性质，其灵敏度高。它适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域做局部检测。1－线圈；2－磁芯；3－外壳；4－试件43放置式（点式；探头式）在检测时，将线圈放置于被检测工件表面进穿过式线圈44穿过式线圈9内插式线圈45内插式线圈103.按比较方式[绕制连接]分类绝对式：如图a所示，直接测量线圈阻抗的变化，在检测时可用标准试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零，再将被试工件放入线圈，这时，若仍无输出，表示试件和标准试件的有关参数相同。若有输出，则依据检测目的不同，分别判断引起线圈阻抗变化的原因是裂纹还是其他因素。这种工作方式可用于材质的分选和测厚，又可进行缺陷的检测。标准比较式（它比式）：典型的差动式涡流俭测．采用二个检测线圈反向联接成为差动形式。如图b所示、一个线圈中放置被检试件(与被测试件具有相同材质、形状、尺寸且质量完好)，而另一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被检试件质量不同于标准试件(如存在裂纹)时，检测线圈就有信号输出，实现对试件的检测。463.按比较方式[绕制连接]分类绝对式：如图a所示，直接测量线（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比式）：是标准比较式的特例，采用同一检测试件的不同部分作为比较标准，故称为自比较式。如图c所示，两个相邻安置的线圈、同时对同—试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何参数变化通常是比较小的，对线圈阻抗影响也比较微弱。如果将两个线圈差动联接，这种微小变化的影响便几乎被抵消掉，如果试件存在缺陷，当线圈经过缺陷(裂纹)时将输出相应急剧变化的信号，且第—个线圈或第二个线圈分别经过同一缺陷时所形成的涡流信号方向相反。

47（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式自比较式（自比绝对式和自比式[单线圈和差动线圈]绝对式对所有变化敏感易区分混合信号显示缺陷整个长度温度不稳定时易发生漂移对探头的颤动比差式敏感自比式温漂小抑制颤动对短伤敏感对缓慢变化[长缺陷]不敏感只能探出长缺陷的终点和始点有时信号不好解释48绝对式和自比式[单线圈和差动线圈]绝对式自比式133.4.2涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材料进行无损检测的电子设备。1.分类导电仪；测厚仪；探伤仪2.基本结构3.基本电路493.4.2涡流检测仪器涡流检测仪器是应用涡流原理对设备、材涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率的振荡电流流经检测线圈，线圈产生交变磁场并在试件中感生涡流，同时，受导电试件影响的涡流会使检测线圈的电性能发生变化，通过信号输出电路将(包含待测信息的)检测线圈电性能的变化转变成电信号输出，经放大器放大，信号处理器消除各种干扰，然后输入显示器显示检测结果。50涡流检测仪器原理框图涡流仪的工作原理是：振荡器产生的各种频率涡流电导仪测量金属及其合金中的电导率(成分、热处理状态/杂质…)测量灵敏度：用每单位电导率变化所对应的阻抗变化值来表示。S=(∆Z)/(∆σ)选择频率比f/fg，使阻抗点在曲线的最右边，这样，灵敏度较高51涡流电导仪测量金属及其合金中的电导率(成分、热处理状态/杂质涡流测厚仪含义1.测量金属基体上绝缘层厚度，利用提离效应(在涡流检测中，探头晃动引起的信号变化叠加在缺陷信号中，阻碍对缺陷的正确判断与识别，这种干扰称为提离干扰，又称为提离效应)，金属基体厚度>3倍渗透深度含义2.检测金属片厚度，利用厚度效应（线圈的视在阻抗要随金属薄板厚度的不同而发生相应的变化），测量范围<3倍渗透深度选择较高频率，抑制金属电导率的影响52涡流测厚仪含义1.测量金属基体上绝缘层厚度，利用提离效应(在涡流探伤仪缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响线圈阻抗缺陷效应是电导率效应、磁导率效应和直径效应的局部综合结果。提取缺陷信号，抑制干扰信号，三种分析方法1.相位分析法2.频率分析法3.幅度分析法53涡流探伤仪缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响线圈阻抗18信号形成与检出调制：试件与线圈相对运动，试件信息[信号]加载在高频振荡信号上的过程。包括幅度调制、频率调制和相位调制。解调：将加在高频振荡信号的试件信息[信号]检出的过程。幅度和相位解调——相敏检波器频率解调——滤波器54信号形成与检出调制：试件与线圈相对运动，试件信息[信号]加载2涡流检测仪器的基本结构激励：振荡器，功率放大器检出：探头，电桥，自动平衡处理：相敏检波器（含移相器），滤波器，幅度鉴别器显示：示波器，记录仪（计算机系统）

涡流检测系统的基本结构1－振荡器，2－电压表，3－探头，4－裂纹，5－工件552涡流检测仪器的基本结构激励：振荡器，功率放大器3基本电路振荡器，功放：激励源电桥：检出信号放大器：用于放大微弱的输入信号，提高检测灵敏度。移相器：相位基准相敏检波器：相位分析滤波器：[调制]频率分析幅度鉴别器：报警电平相位旋转电路：显示器：563基本电路振荡器，功放：激励源21电桥电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压信号交流无伤状态，电桥接近平衡；有伤状态，电桥失衡交流电桥平衡条件：图3-49，Z1Z4=Z2Z3；φ1+φ4=φ2+φ357电桥电桥：提取微小的阻抗变化，转化为电压信号交流22移相器；相敏检波器检波：检出加在高频信号上的低频信号方法：电子开关，检出峰值，控制信号与高频信号同相相敏检波：控制信号相位随干扰信号相位变化。58移相器；相敏检波器检波：检出加在高频信号上的低频信号23相位：干扰信号过零时发出控制信号，即二者相差90度移相器：调整控制信号相位。输入：振荡信号；输出：控制信号平滑滤波：检波器中的电容是必要的经过相敏检波器，高频信号变为低频信号59相位：干扰信号过零时发出控制信号，即二者相差90度246025相敏检波器原理框图移相器振荡信号控制信号相敏检波器待测信号电子开关低通滤波器输出信号滤波电容61相敏检波器原理框图移相器振荡信号控制信号相敏检波器待测信号电滤波器低通滤波器；高通滤波器(只通过高频信号，阻止低频信号的滤波器)