脉冲涡流测厚技术理论与应用

第３３卷第１期北京交通大学学报

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文章编号：１６７３．０２９１（２００９）０１－４）０２０－０４

脉冲涡流测厚技术理论与应用

吴

鑫１，李方奇１，石坤２，谢基龙１，李

浩１

（１．北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京１０００４４；２．中国特种设备检测研究院，北京１０００１３）

摘要：脉冲涡流（ＰＥＣ）检测技术是近些年来发展起来的新型无损检测技术，具有频谱宽、信号穿透能力强以及精确度高等优点．实验对脉冲涡流测厚系统建立了有限元分析模型，仿真分析检测线圈上电压的衰减规律，通过改变被测体厚度，分析了检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律和

定量关系．实验最终给出检测线圈电压与被测体厚度关系的数学模型，并为将来进行脉冲涡流测厚仪的研制提供理论依据．

关键词：无损检测；脉冲涡流；测厚；仿真中图分类号：ＴＧｌｌ５．２８

文献标志码：Ａ

ＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｈｉｃｋｎｅｓｓ

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｂｙＰｕｌｓｅｄＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔ

ＷＵＸｉｎｌ，￡，Ｆａｎｇｑｉｌ，ＳＨＩＫｕｎ２，ＸＩＥＪｉｌｏｎ９１，ＬＩＨａ０１

（１．Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄ

２．ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌ

ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ；

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｕｌｓｅｄｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ（ＰＥＣ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

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ｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．ＴｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＰＥＣ，ａｎｄａｎａｌｙｒｚｅｄｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｏｉｌ．Ｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｅｓｔｅｄｂｏｄｉｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｏｉｌａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｅｄｂｏｄｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｈｏｆｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ

ｂｅｔｗｅｅｎ

ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｏｉｌａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｅｄｂｏｄｉｅｓ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅ

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ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ

ｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＰＥＣＧａｇｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｐｕｌｓｅｄｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ；ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

随着现代工业和科学技术的发展，无损检测技术越来越受到各科研单位和工业部门的重视．利用铁磁线圈在工件中感生的涡流，分析工件质量状况的无损检测技术就是涡流检测技术．涡流检测技术因其自身的诸多优点，而被广泛的应用于工业生产与科学研究中…１．脉冲涡流检测技术是近几年迅速发展起来的一种新的无损检测技术，它在解决诸如

厚以及化工容器的壁厚等铁磁性产品工件厚度测量

的问题方面，表现出了潜在的应用优势【２－３］．作为一

种新兴的承压设备腐蚀检测技术，与其他壁厚检测

技术相比，脉冲涡流技术优点为：①可实现不拆覆盖层检测；②适用于承压设备在线和在役检测；③检测

速度快、效率高；④检测成本低；⑤对人身无伤害．

本次脉冲涡流测厚仿真实验利用ＡＮＳＹＳ分析软件对脉冲涡流检测技术的检测过程进行了模拟仿

铁路上运输腐蚀性物质的罐车壁厚、压力管道的壁

收稿日期：２００８－０７．１１

基金项目：国家科技支撑计划课题资助（２００６ＢＡＫ０２舶２）

作者简介：ｇｔｔ（１９７２一），男，吉林省吉林市人，讲师，博士．ｅｌｌｍｎ：ｘｗｕ＠ｃｅｎｔｅｒ．．ｊｔｕ．ｅｄｕ．ｏｎ．

万方数据

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２ｌ

真．在验证了现有脉冲涡流仪器仿真模型正确性的

前提下，分析了检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律和定量关系．利用该项技术可以实现对设备的在线检测和在线监测，为企业实现承压装置的长周期运行，以及为脉冲涡流壁厚检测仪器的研制提供理论依据和技术支持．１

理论基础

１．１脉冲涡流作用原理

脉冲信号源产生具有一定占空比的方波加到激

励线圈两端，激励线圈中就存在周期的宽带脉冲电

流．激励线圈中的脉冲电流感生出一个快速衰减的脉冲磁场（源场），变化的磁场在导体试件中感应出瞬时涡流（脉冲涡流），向导体试件内部传播，并感应出一个快速衰减的涡流磁场（涡流场）．随着涡流磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压（瞬态感应电压）．由于脉冲涡流在导体试件内部的传播过程是逐渐衰减的，因而对不同厚度的导体

试件，最终得到的检测线圈上的瞬态感应电压信号

的波形是不同的．所以，通过测量瞬态感应电压信号，并对其波形进行分析，就可以总结出导体试件厚度与瞬态感应电压信号的关系，进而利用这种关系对导体试件厚度进行检测．另外，如果导体试件中有缺陷存在，就会使感应磁场强度发生变化，进而对涡流分布产生影响，从而影响到磁场分布，最终使得检测线圈上的瞬态感应电压发生变化．所以，通过测量

瞬态感应电压信号，还可以得到有关缺陷的尺寸、类型和结构参数等信息．脉冲涡流作用原理见图１．

圈１

脉冲涡流作用原理示意图

Ｆｉｇ．１

Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｕｌｓｅｄｅｄｄｙ

ｃｕｒｒｅｎｔ

１．２脉冲涡流渗透深度的分析

根据趋肤效应原理，涡流总是密集于靠近线圈的工件表面．不同材料及不同的交流电频率时，工件横截面上的电流密度分布也有很大不同，而且按负指数

规律从工件表面向工件内部衰减．涡流的衰减式为

Ｌ＝凡ｅ一＊俪

（１）

式中：凡为导体表面的涡流密度；Ｌ为距导体表面

为髫处的涡流密度；ｆ为交流电流的频率；肛为材料

万方数据

的磁导率，仃为材料的电导率．

为了说明涡流在导体内的衰减程度，引入 …… 此处隐藏：13462字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……