5.2.3 脉冲涡流检测技术研究的近况 3.1 脉冲涡流特征的研究 在同一材料的圆柱形金属导体直径方向不同位置上 预制了相同尺寸的人工缺陷，利用磁场测量装置测量并记 录了个人工缺陷响应信号的特征值，如表1所列数据。
表1 脉冲涡流对于不同位置缺陷响应的时域和频域特征值[1]
位置/mm 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μ s 1.54 1.54 1.48 1.49 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3024 3005 3011 3022 3008 位置/mm 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μ s 1.58 1.54 1.49 1.54 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3028 3019 2999 3021 3015
的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测与评价。
图4 脉冲涡流的产生及检测信号的拾取过程
检测信号，即瞬态感应电压Vf的大小可根据法拉第 电磁感应定律计算得出：
Vf
V (r,z,t)drdz .......... .......... .......... .......... .......... ...(1) drdz
5.1.1 远场涡流特点
图5-1 远场涡流检测探头

采用穿过式探头（见图5-1），检测线圈与激励 线圈分开，且二者的距离是所测管道内径的二至三
倍；采用低频涡流技术能穿过管壁；主要用于石油
天然气管道和油井管道等；需要检测的不是线圈的
阻抗变化，通常是测量检测线圈的感应电压与激励
电流之间的相位差；激励信号功率较大，但检测到 的信号却十分微弱（一般为微状）；能以相同的灵
表2 不同重复频率的特征值[1]
第5章 电磁涡流检测新技术
5.1远场涡流新技术
50年代末，远场涡流检测技术首先用于检测 油井的套管。但当时由于人们对远场涡流技术的 认识很有限，且电子技术也不太发达，远场涡流 检测法未能得到充分的发展。直到80年代中期， 随着远场涡流理论的逐步完善和实验验证，远场 技术用于管道（特别是铁磁性管道）检测的优越 性才被人们广泛认识，一些先进的远场涡流检测 系统也开始出现，并在核反应堆压力管、石油及 天然气输送管和城市煤气管道的检测中得到实际 应用。目前认为远场涡流检测是管道在役检测最 有前途的技术。
图5-2 远场涡流检测系统原理框图
1—管外壁检测信号幅值 2—管内壁检测信号幅值 3—管壁内壁检测信号相位曲线 图2-3 检测线圈信号特征
由图可以看出，随两线圈间距的增加，检测
线圈感应电压的幅值开始急剧下降，然后变化趋
于缓慢，而相位存在一个跃变。通常把信号幅值
急剧下降后变化趋缓而相位发生跃变之后的区域
只适用于内穿过式探头。若采用外穿过式探头，灵
敏度将下降。实验表明，采用外穿过式探头，灵敏
度将下降50%左右。
5.1.2 远场涡流检测系统的组成
远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成： ①振荡器：作为驱动线圈的激励源，同时提供相位 测量的参考信号。 ②功率放大器：用来提高激励源的功率。 ③探头的驱动定位装置：它包括探头和确定探头轴 向位置的编码和数据计算系统。 ④相位及幅值检测器：通常选用锁相放大器来测量 检测线圈的信号。 ⑤微型计算机：用于储存、处理和显示检测信号和 数据。
敏度检测管壁内外表面的缺陷和管壁变薄情况，而
不受趋肤效应的影响；检测信号与激励信号的相位
差与管壁厚度近似成正比，“提离效应”很小。
采用远场技术进行检测，其灵敏度几乎不随激
励与检测线圈间距离变化而变化，探头的偏摆、倾
斜对结果影响很小。此外，这种检测方法由于采用
很低的频率，检测速度慢，不宜用于短管检测，且
称为远场区；靠近激励线圈信号幅值急剧下降区
域称为近场区；近场区与远场区之间的相位发生
较大跃变的区域称为过渡区域。
5.2脉冲涡流检测技术
涡流检测的有效性和可达性密切依赖于激励信号的 频率。 一般地，频率越高，则涡流趋于被检测对象的表面 分布，对于表面微小缺陷的检出能力越高，但由于随着透 入深度的增大而高频涡流急剧衰减，因此对于表面下具有 一定深度的近表面缺陷则难以产生有效的响应；相反，频 率越低，则涡流在被检测对象表面下的透入深度增大，可 对试件近表面一定深度范围内的缺陷产生响应，但对于表 面缺陷的检测灵敏度随激励信号频率的降低而明显下降。 以降低检测灵敏度来提高涡流检测深度，或以减小涡 流透入深度来提高检测灵敏度，长期以来一直是常规涡流 检测应用中在二者之间权衡取舍的焦点。
5.2.1 前言
宽带脉冲信号可按傅立叶级数变换理论分解为无限多 低、中、高频的正弦波之和； 以重复的宽带脉冲（如方波）代替正弦交变信号进行 激励和检测的脉冲涡流响应信号中包含有被检测对象被检
测对象表面、近表面和表层一定深度范围内的质量信息，
较好地解决了常规涡流所不能兼顾的检测灵敏度和检测深 度的矛盾； 近年来成为国内外涡流检测技术与应用研究中最受关 注的热点领域之一。
p
其中，Vp为理想点线圈的感应电压，其表达式为：
Vp A B ds ( A ) ds dl.......... .......... ..(2) t t t l
图5 脉冲涡流典型时域波形及特征参数
图6 脉冲涡流时域信号在不同频段的功率谱曲线
5.2.2 脉冲涡流检测的基本原理
脉冲涡流通常是以一定占空比的方波作为激励信号施 加于初级线圈，当载有方波电信号的初级线圈接近导电材 料或试件时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。 瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形状 及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器）接收到的涡
流再生磁场包含有被检测对象导电率、磁导率及形状尺寸