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摘 要

为获取更多的特征信息以提高脉冲涡流检测技术的检测能力，设计一种新型的脉冲涡流检测探头。本文介绍了脉冲涡流技术的发展情况与其理论基础，展望了其未来的发展形势。利用了有限元分析软件COMSOL对脉冲涡流的探头进行相关的优化仿真设计，为了得出灵敏度更高，适合相关检测要求的理想探头模型。

关键词:脉冲涡流，无损检测，三维磁场测量，定量评估

Abstract: To improve detect ability of pulsed eddy current testing(PECT) for subsurface defects by obtaining more information, a novel PEC probe is designed. This paper introduces the development of the pulsed eddy current technology situation and its theoretical basis, predicts the future development of the situation. By using the finite element analysis software COMSOL for pulsed eddy current probe related to optimize the design of the simulation, it is concluded that an ideal probe model is suitable for testing requirements.

Key word: Pulsed eddy current testing; nondestructive testing; Three-dimensional magnetic field measurement; Quantitative evaluation.

目 录

1绪论 5

1.1无损检测技术 5

1.2涡流检测技术 6

1.3脉冲涡流检测技术 6

2脉冲涡流理论基础 9

2.1时变电磁场 9

2.2麦克斯韦方程组 10

2.3趋肤效应的概念 11

3检测探头的优化仿真 12

3.1常用探头 12

3.2 COMSOL软件介绍 14

3.3 脉冲涡流线圈参数优化 16

4脉冲涡流探头检测技术的展望 20

致谢 21

参考文献 22

1 绪论

1.1无损检测技术

无损检测英文简称NDT，也叫作无损探伤。是采用红外、电磁、超声等原理技术，在不损害被检测对象性能的前要条件下，对零件、材料、设备，结合仪器进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用超声波检测裂纹就是常见的无损检测。

无损检测是综合性的新兴应用技术。应用一些物理和化学原理，在检测对象的性能保持完整的前要条件下，对结构件和零部件进行检测，来评价它的安全可靠性、完整性及其他方面的物理性能。探测零件中是否存在缺陷，判断缺陷的大小、性质、形状、分布和内部含有物质等内容都算作无损检测，其还能提供材料成分组织的具体分布和某些物理量等信息。目前，在很多行业和领域无损检测技术已获得大量的应用，在保障设备运行、控制质量等方面，无损检测已成为重要技术手段之一^[1]。

在工业生产中，无损检测是一种十分有效的工具，一个国家的工业水平在某种程度上取决于无损检测的水平，无损检测的重要程度已经得到全世界的认可。在无损检测的发展方面，我国在1978年11月，成立了中国机械工程学会无损检测分会。另外，石油化工、电力、宇航、核能、船舶等行业都纷纷成立了自己的无损检测协会；但与其他一些发达国家相比，在开发新设备和理论研究方面，还是存在着较大的差距。

无损检测的特点:

1、非破坏性

指的是在获得检测结果的同时，不会损伤零件。所以，检测规模不受数量的控制，可以采取抽样检测，也可以采取全检。因而，更具有可靠性和选择性。

2、互容性

指的是各种检验方法之间的互相兼容性，意思是对于同一个零件，可以同时采用多种检测方法；并且因为特点1（非破坏性），可以对同一个零件进行重复地检验。

3、动态性

指的是对于一些正在使用的零件，也可以采取无损检测的方法来检测，而且能够检测出产品运行期中产生的累计影响。因而，可查明结构的失效机理。

4、严格性

指的是无损检测技术在设备和人员方面要求严格。需要专业的设备和仪器；同时检验人员也需要经过培训，按照严格的标准来进行操作。

5、检验结果的分歧性

指的是对同一个零件检测出的结果，个个检测人员很可能会产生分歧。在利用超声波进行检测时，同一个项目，可能要由两个或更多检验人员去完成。

涡流检测是常见的一种无损检测。

1.2涡流检测技术

将线圈通上交流电，放置在准备测量的金属板上或金属管外（如图1.1）。在通电线圈的内部和其周围会有交变磁场产生，使感应交变电流在试件中产生，我们将这样的电流称作涡流。线圈的尺寸，交流电流的频率，试件的磁导率、表面是否含有缺陷等许多参数，决定了涡流的强度和分布。所以，在保证各项参数不变的条件下，通过探测线圈，测出磁场变化，可以推断出涡流的参数变化，从而获得电导率、缺陷、形状、尺寸的变化或是否 有缺陷存在等信息。但是由于涡流属于交变电流，具有趋肤效应，通过涡流检测到的各项数据信息只能用于表面处的情况。

图1.1涡流检测原理示意图

按不同的检测目的，零件的不同形状，有穿过式、探头式和插入式这3种不同的线圈供选择。一般管状材料，棒状材料用穿过式线圈来检测，其内径会稍微大于被测件，在线圈内部，被测件以一定的速度通过，通过磁场的变化，可发现裂纹等材料缺陷。对被测件进行局部测量一般会采用探头式线圈，在飞机起落架的撑杆内筒上有广泛的应用。插入式线圈一般用做内壁检测，用于一些材料内壁的腐蚀程度的检测。

被测件在进行涡流检测时，不与线圈直接接触，所以可进行快速检测,较容易通过自动化来检测,但对于复杂的零件就不符合运用条件,并且检测结果可能受其他因素的干扰，包括材料本身的原因，且只能检测到被测件表面的缺陷问题。

1.3脉冲涡流检测技术

脉冲涡流检测技术简称PELT,是一种新型的无损检测方法，由于其在金属缺陷检测方面效果良好，引起了许多行业研究热潮。PELT采用脉冲电流作为激励，电流脉冲在导体中产生的瞬态磁场，线圈会检测到入射磁场与瞬态涡流产生的反射磁场所形成的合磁场。通过检测到的瞬态磁场的变化，来确定金属的厚度，尺寸，裂纹等参数^[2]。

PELT与传统涡流相比较，还是存在着较多优势的。如设备的造价较低，采集数据更快速，穿透性能更强等。某些情况下，在测量结束后可以对结果进行一些处理，如一些噪声信号由于探头的边缘效应而产生等。PELT不但价格较传统涡流系统比低很多，效果更是相当于几百个通道的多频涡流系统。对于低频信号而言，霍尔传感器具有较高的灵敏度，而且PELT采用脉冲信号作为激励信号，提供了较多的激励能量，所以PELT设备有更深的穿透性能。

1.3.1 脉冲涡流检测技术的原理

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