f fg
频率比
有效磁导率
涡流场分布
检测信号的分析与处理技术
(干扰信号的排除) 1、相位分析法 a)相敏检测波法 移相器 b)不平衡电桥法
移相电路
2、频率分析法
3、幅度鉴别法
涡流的检测及适用范围
常用仪器： 导电仪、测厚 仪、探伤仪 检测对象： 阻抗的幅值 和相位 显示实际需 要参量：厚 度、缺陷等
ＣＭ１０涂镀层测厚仪
影响阻抗变化的因素
1.电导率 2.磁导率 3.提离效应
提离效应：
是针对放置式线圈而言， 是随着检测线圈离开被检 测对象表面距离的变化而 感应到涡流反作用发生感 应使阻抗发生变化的现象。
4.频率
5.厚度
6.探头直径
结论测量中实际存在的问题
1、不同型面曲率的影响
2、不同厚度导电层的影响
富铝界面层
基体 优势：主要相比较于声波的反射
测量工具（以CM10涂镀层测厚仪为例）
磁感应原理（Fe）：
测量钢、铁等铁磁金属基体上的非磁性 涂镀层的厚度，如油漆层、各种防腐涂 层、涂料、粉末喷涂、塑料、橡胶、合 成材料、磷化层、铬、锌、铅、铝、锡、 镉等。
涡流原理（NFe）：
测量铜、铝、不锈钢等非铁磁性基体上 的所有非导电层的厚度，如油漆层、各 种防腐涂层、涂料、粉末喷涂、塑料、 橡胶、合成材料、氧化膜、磷化膜等。
1、绝缘材料/非磁性技术材料 2、顺（逆）磁性材料/顺磁性 材料：比如奥氏体不锈钢表面 的渗氮层。 3、绝缘或顺磁性材料/铁磁 性材料。磁效应大于涡流效应
涡流检测仪工作原理： 涡流检测原理+电路处理
激励单元的信号发生器产生交变电流 供给检测线圈，放大单元将检测线圈 拾取的电压信号放大并传送给处理单 元，处理单元抑制或消除干扰信号， 提取有用信号，最终显示检测结果。
2、线圈的方位决定了检测材料中涡流的走向 3、不连续的方位会影响涡流的可侦测性 （图二）
（图一）
（图二）
4、集肤效应: 交变电流通过导线时，导线周围变化的磁场也会在导线 中产生感应电流，从而会使沿导线截面的电流分布不均 匀，表面的电流密度较大，越往中心处越小，尤其是当 频率较高时，电流几乎是在导线表面附近的薄层中流动， 这种现象称为集肤效应。 - fu x 公式: x =I0 e I
2、阻抗平面图与归一化
XM XZ 2 X2 2 R2 X 2
阻抗平面图:把R2 从 0 或者把电抗X2
2
从 0 得到一系列对应的RS 和XS值，以:
横轴: RS 纵轴: XS
归一化:
横轴: RS变换 纵轴: XS变换
RS
XS
归一化优点: 消除线圈阻抗的影响，具有通用性、可比性；
I 0 :半无限大导体表面的涡流密度
交变电 流通过 导线
导线产生感 应电流，使 沿导线截面 的电流分布 不均匀 表面的电 流密度较 大，越往 中心处越 小
5、透入深度： 定义涡流密度衰减到其表面密度值的1／e时对应的深度 为标准透入深度，也称透入深度，用符号δ表示，其数学 1 表达式为
πf
涡流无损检测发展的趋势： 对探伤的定量分析-----------涡流脉冲、放置式线圈的涡 流阵列…
谢谢！
RS R1 L1 XS L1
涡流的阻抗分析
Foerster模型:
eff
J1 2 jka J 0

jka
jka
J J ( , f , , a) a 半径， 即厚度变化 k M M 互感系数 L1 L2
μeff 的大小决定了试件内涡流和磁场强度的分布。 影响有效磁导率μeff 的因素： , f , , a
涡流应用
应用实例1：热交换管道涡流探伤
热交换管道的涡流检测采用内通过式自比差动线圈。 差动式线图的信号输出端是两个匝数相同缠绕方向 相反的串接线圈的两端。 当两个串接的检测线圈所处检测部位的电磁特 性相同，则在两个线圈两端产生大小相等而方向相 反的感应电压，因此输出电压为0； 当两个检测线圈所处检测部位的电磁特性出现 差异，则在两个线圈两端产生大小相等、方向相反 的感应电压，因此在输出端形成不为0的电压信号。
影响阻抗变化的因素
（即影响有效磁导率μeff的因素）
1.电导率
2.磁导率
3.频率 一般涡流检测的 频率范围： 50Hz-10MHz 频率增加， 灵敏度增加， 透入深度减小。
4.厚度
5.探头直径
问题：多个因素影响阻抗曲线，那么一个指定的曲线
位置实际上代表什么？
f 2 f a 2 引入一个综合参量： f g
根据这一曲线，在相同的 试验条件下，与上图对比 试样的比较即可判别自然 缺陷的位置和深度。 图示两个缺陷的相位角 分别为：20°、110° 与上图比较 判断： 图1为管材内壁缺陷， 深度为壁厚50%； 图2为管材外壁缺陷， 深度为壁厚60%；
实例2：叶片热障涂层厚度的涡流检测
1、基本背景
陶瓷层（250μm左右） 探头
圈磁场
影响
检测线圈 阻抗变化
涡流磁 场影响
涡流检测基本方式与特点
涡流传感器
1、外通过式：用于线材、管、 棒的高速、大批自动化检测。 2、内通过式：孔、管道内壁的 在役检测。
3、放置式：灵敏度高，用于局 部检测和非规则工件检测。
辅助装置
磁饱和装置 探头驱动装置
试样传动
标记装置
线圈的阻抗分析：
f ：检测频率 fg ：特征频率 特征频率fg ：以μeff虚量模为1 对应的频率 说明：特征频率 fg 是工件的固有特性，取决于自身的电磁 特性和几何尺寸。
j ka 2fa 1 f g
2
1 2a 2
涡流试验相似律
有效磁导率μeff是一个取决于频率比 大小的参数，而μeff的大小又决定了试件内涡流和磁场 强度的分布。 对于两个不同的试件，各对应的频率比相同，则有效 的磁导率、涡流密度及磁场强度的分布均相同。
涡流检测技术
报告人：甘妮妈
报告流程：
涡流的基本特征 涡流检测的基本原理与检测干扰信号的排除 检测方式与特点 检测应用与实例
什么是涡流？
当线圈中通过交变电流时，在线圈周围产生交变磁场 ， 当此交变磁场相对导体运动时，导体中会感应出蜗状 流动的电流。
涡流的基本特征
1、封闭的圆环流动（除去边界的影响） （图一）


缺陷不同位置涡流响应变化过程图示：
涡流响应的相位角
对于规则的人工缺陷（槽形或孔形缺陷），如果 槽的宽度、长度相同或孔径相同，则涡流响应信号 幅值和相位有良好的对应关系； 不同深度的槽形或孔形缺陷，响应信号的相位角 也有对应的关系：距离检测线圈较近的缺陷响应的 相位角小，距离检测线圈较远的缺陷响应的相位角 大。
涡流检测的优点
不用接触工件，检测速度快，适合材料在役检测。 检测灵敏度高，可对工件表面或近表面的大小缺陷 进行评价。 非破坏性，不用耦合介质，不接触工件，可在高温 下检测。 检测安全，不存在辐射危险。 检测信号为电信号，可对结果数字化处理和自动化。
涡流检测的缺点
检测材料必须导电。 难以用于形状复杂的零件。 检测渗透深度和检测灵敏度相互矛盾。 透入深度受到限制，只能检测表面，近表面的缺陷。 （对钢，涡流检测一般深度只能达到3-5mm) 穿过式线圈检测对缺陷的具体位置无法判定；放置 式检测区域狭小、速度慢。 检测受干扰因素较多。（温度、形状、不均匀性等） 检测结果难以判别缺陷种类、性质、尺寸等。

图a是一根典型应 用热交换器管涡 流检测的对比试 样，上面加工有 不同深度且直径 不等的平底孔和 通孔缺陷。 工作频率:
f 400kHz
（由，，a，f g 共同决定）

图b为此频率下,差 比线圈穿过整个 试样缺陷形成的 响应信号。
右图 是根据图b 绘制的 缺陷深度与响应相位角 的关系曲线
1、等效阻抗
Z R jL
XM2 RZ 2 R2 2 R2 X 2 XZ XM X2 2 2 R2 X 2
2
RS RZ R1 X S X Z X1
Z R j X s s s
பைடு நூலகம்
Rz为等效电阻 Xz为等效感抗 RS 为总电阻 XS 为总感抗 ZS 为总阻抗
涡流检测原理
当载有交变电流的检测线圈靠 近导电试件时，由电磁感应理论 可知，与涡流伴生的感应电场与 原磁场叠加，使得检测线圈的复 阻抗发生改变。导电体内感生涡 流的幅值大小、相位、流动形式 及伴生磁场受到导电体的物理及 制造工艺性能的影响。因此，通 过测定检测线圈阻抗的变化，就 可以非破坏性地判断出被测试件 的物理或工艺性能及有无缺陷等。 激励线