渦流檢測電路的設計【開題報告】

1、<p><b>　　開題報告</b></p><p><b>　　渦流檢測電路的設計</b></p><p><b>　　專業(yè)：電子信息工程</b></p><p>　　綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　作為新興檢測技術的一種，電渦流

2、檢測是以電磁感應原理為基礎，其基本理論是通過對處于探頭線圈形成的電磁場中的被測體（必須為金屬導體）及其周圍空間區(qū)域列出麥克斯韋方程及邊界條件，然后進行求解，以確定探頭線圈的阻抗特性（或感應電壓）的變化與被測體各影響因素之間的關系。電渦流檢測是近年來發(fā)展快速的一項無損檢測技術，它同磁粉檢測、射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測一起和稱為五大無損檢測技術。同其他無損檢測技術相比，電渦流檢測技術具有非接觸、無污染、操作方便等特點，因此受到無損檢測工

3、作者的青睞。</p><p>　　1.渦流檢測技術的國內外現(xiàn)狀</p><p>　　早在19世紀初期，法國科學家傅科就在實驗中發(fā)現(xiàn)了渦流現(xiàn)象。休斯，在1879年，首先利用渦流檢測對不同金屬和合金進行了判斷。但是由于各種試驗參數(shù)對渦流檢測的影響，該技術發(fā)展緩慢。真正在理論和實踐上完善渦流檢測技術的是德國的福斯特博士，他提出的以阻抗分析法來抑制渦流檢測儀中的干擾因素，為渦流檢測機理的分析和設備

4、提供了理論依據(jù)。在我國，渦流檢測技術的應用與研究可追朔到60年代，但是渦流檢測技術在國內得到推廣應用的第一個高潮卻是在70年代末和80年代初。同時許多有價值的研究論文，如“渦流檢測的有限元模型和表面渦流探頭的有限元分析”和“不銹鋼管表面缺損渦流檢測信號的仿真計算”等也被發(fā)表出來。目前，我國在該領域的研究已接近發(fā)達國家水平，推動了我國渦流檢測理論的發(fā)展。電渦流檢測的主要技術如下：</p><p>　　（1）脈沖渦流

5、檢測技術 </p><p>　　70年代中后期，脈沖渦流檢測技術(Pulsed Eddy Current)在世界范圍內得到廣泛地研究。脈沖渦流檢測技術最早是20世紀50年代由密蘇里大學的DonaldWaidelich研究，脈沖渦流地激勵電流為一個脈沖，通常為具有一定占空比地方波，施加在探頭尚的激勵方波會感應出脈沖渦流在被測體中的傳播。根據(jù)電磁感應原理，此脈沖渦流又會感應出一股快速衰減的磁場，隨著感生磁場的衰減，檢

6、測線圈上就會感應出隨時間變化的電壓。由于脈沖包含很寬的頻譜，感應的電壓信號中就包含重要的深度信息。</p><p>　?。?）多頻渦流檢測技術</p><p>　　多頻渦流技術是Libby（美）于l970年首先提出的。該方法采用幾個頻率同時工作，能成功地抑制多個干擾因素，提取有用信號。70年代后期國外就已成功應用這項技術進行核電站蒸汽發(fā)生器管道的在役檢查。</p><p

7、>　　80年代初，我國引進了多頻渦流檢測設備，并開展了自行設計研制工作。MFE-1型三頻渦流儀是我國（上海材料所）研制的首臺多頻渦流設備，儀器采用三個不同的工作頻率作差分測量，有三個混合單元作模擬運算，能有效地抑制蒸發(fā)汽管上支撐板的信號及凹痕信號，并用阻抗圖顯示多通道測量結果。90年代以來，國內先后研制出多種類型的多頻渦流儀。如EEC-36、EEC-38、EEC-39（愛德森公司）等。我國多頻渦流檢測技術的研究與應用已基本達到國際

8、同類水平。</p><p>　　（3）遠場渦流檢測技術</p><p>　　遠場渦流技術是一種能穿過金屬管壁的低頻渦流檢測技術，當用一個激勵探頭線圈和一個距激勵探頭線圈約二倍管內徑的較小的測量探頭線圈同時放入被檢管內時，測量探頭線圈能有效地接收穿過管壁后返回管內的磁場，從而檢測管子內壁缺陷與腐蝕。</p><p>　　我國對遠場渦流檢測技術的研究始于80年末，南京航

9、空航天大學提出的用“擴散能量法”來闡述遠場渦流現(xiàn)象的概念已受到國內外的普遍重視和認同。并在有限元數(shù)值仿真、遠場渦流探頭性能指標分析及檢測系統(tǒng)的研制等方面都取得了重要的研究成果，為推廣這一先進技術起了先導作用。90年代初期，我國開始推出了商品化的遠場渦流儀器，其中ET-556H多頻遠場渦流儀（廈門電大工業(yè)檢測所）和EEC-39RFT四頻遠場渦流儀（愛德森公司）已用于化工煉油設備的鋼質熱交換管和電廠高壓加熱器鋼管的在役探傷。</p&g

10、t;<p>　　2.電渦流檢測技術的發(fā)展方向</p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的發(fā)展，渦流檢測技術也必將有很大發(fā)展，今后的發(fā)展方向為如下幾方面：</p><p>　?。?）傳感器的理論研究尚不充分。傳感器能適應檢測對象對磁場、渦流分布的要求，因此對傳感器結構的性質研究，將是傳感器從經(jīng)驗設計走向定量設計的關鍵。</p><p>　?。?）大力研

11、究和發(fā)展成像技術。渦流檢測技術對缺陷狀態(tài)的三維評價是產(chǎn)品質量不斷提高的必然要求。因此渦流檢測三維成像技術是今后要求的發(fā)展方向。</p><p>　?。?）遠場渦流技術給人們提出了另一個新的理論問題，即間接耦合磁場和擴散波的波動特性統(tǒng)一問題及常規(guī)渦流與遠場渦流理論統(tǒng)一的問題。</p><p>　?。?）渦流檢測對金屬材料表面電磁性能非常敏感，通過對金屬材料表面渦流效應與材料表面性能間關系的研

12、究分析，可實現(xiàn)金屬材料表面質量的評價。因此，應用渦流檢測技術進行金屬材料疲勞裂紋擴展、開裂、金屬加工中的磨削燒傷及殘余應力的研究將更多地引起人們的關注，并可望得到突破性的進展。</p><p>　?。?）高度智能化表現(xiàn)在具有良好的用戶友好界面，它能開機后自檢，用菜單選擇儀器測試參數(shù)，可調用或可存儲儀器設定參數(shù)以及與主計算機進行通訊和數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)庫及自動識別功能

13、。未來的檢測儀器的一個很重要的進步是具有對被測對象缺陷進行自動識別以及對被檢對象的狀態(tài)進行自動評價的功能。這種儀器需要有比較完備的數(shù)據(jù)庫和專家評價系統(tǒng)。</p><p>　?。?） 渦流檢測信號對金屬材料表面疲勞裂紋的擴展、開裂、機械加工磨削燒傷及殘余應力非常敏感，因此可對加工過程及使用狀態(tài)進行動態(tài)檢測。預測材料質量、預報材料壽命以及實現(xiàn)過程控制的研究己引起了人們的興趣，并可望得到突破性的進展。</p>

14、;<p><b>　　3.論文的研究意義</b></p><p>　　目前電渦流傳感器大都采用電橋法、正反饋法和諧振法等調制方式。這些調制方式簡單，只是簡單提取信號的幅值或相位，無法滿足復雜檢測的需要，同時測量電路對被測體電磁特性具有強烈的依賴性，嚴重限制了傳感器的使用范圍。</p><p>　　對如何消除渦流檢測中被測體電磁特性影響研究很少。渦流檢測中

15、被測體的電磁特性對傳感器輸出產(chǎn)生很大影響，而且隨著渦流檢測技術在工程應用中的日益廣泛，這一問題也日益突出。</p><p>　　據(jù)資料顯示，對于不同的常見金屬材料，其輸出靈敏度的變化可達45%；對于同種材料，由于生產(chǎn)商或批號的不同，也可達到5%~10%的輸出靈敏度變化。渦流檢測在工程實際中當被測對象的材料特性變化時，傳感器就要重新標定；當被測對象的電磁特性在測試過程中隨機變化時，傳感器就無法正常使用。從需求的角度

16、，需要一種采用普通材料進行調試和校準即可廣泛使用的電渦流傳感器問世。 </p><p>　　二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：</p><p>　　1.電渦流傳感器新型測量電路設計</p><p>　　在已提出的消除電渦流傳感器對被測材料敏感的理論基礎上，為傳感器設計新的測量電路原理。新的測量電路實現(xiàn)了從電路中提取探頭線圈的阻抗實部和虛部兩個信號來產(chǎn)生輸出電壓，

17、從而達到消除被測材料影響的目的。</p><p>　　2.電渦流傳感器新型電路的仿真與優(yōu)化</p><p>　　對所設計好的新型電路各模塊，通過Multisim仿真軟件，檢查各模塊電路所實現(xiàn)的功能。并在此基礎上，對部分電路中的結構和參數(shù)進行了優(yōu)化。最終達到了較為理想的效果。</p><p>　　三、研究步驟、方法及措施：</p><p>　　

18、1.收集資料了解主要理論原理和技術。</p><p>　　2.具體研究消除被測材料對電渦流傳感器輸出影響的方法，進行與被測材料無關的電渦流傳感器的功能電路設計。</p><p>　　3.對設計的電路進行仿真，并對仿真結果進行分析。</p><p>　　4.全文進行總結，并提出對今后工作的展望。</p><p><b>　　四、參考文

19、獻</b></p><p>　　[1]何金田.傳感器技術(上、下冊)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社.2004:1-10.</p><p>　　[2]何希才,薛永毅,姜余祥.傳感器技術及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社.2005:1-15.</p><p>　　[3]黃平捷,吳昭同,嚴仍春.多層厚度電渦流檢測阻抗模型仿真及驗證[J].儀器儀表

20、學報.2004.25(4):24-28.</p><p>　　[4]Clauzon T,Thollon F,Nicolas A.Flaws Characterization with Pulsed Eddy Currents NDT[J].IEEE Transactions on Magnetics.1999.35(3):1873-1876.</p><p>　　[5]游鳳荷.渦流檢測技術

21、的某些新進展[J].無損檢測,2001,23(2)：70-73</p><p>　　[6]Atherton D.L.Romote Field Eddy Current Inspection[J].IEEE Transactions on Magnetics.</p><p>　　1995.31(6):4142-4147.</p><p>　　[7]美國無損檢測學會.

22、美國無損檢測手冊(電磁卷)[M].世界圖書出版社.1996:1-296.</p><p>　　[8]任吉林.渦流檢測技術近20年的進展[J].無損檢測.1998.22(5):121-128.</p><p>　　[9]許永興.電磁場理論及計算[M].同濟大學出版社.1994.12</p><p><b>　　五、研究工作進度：</b></

23、p><p>　　2010.11.10——2011.01.10 查找文獻，了解渦流檢測電路原理和仿真器。</p><p>　　2011.03.22——2011.04.25 設計出電渦流傳感器測量電路，并仿真分析。</p><p>　　2011.04.26——2011.05.20 對設計仿真的渦流檢測電路進行整理修改使其完善，開始論文初稿。</p>&