1、渦流探傷儀初步設(shè)計(jì)方案 渦流探傷儀初步設(shè)計(jì)方案一、概述 一、概述1.1、渦流檢測(cè)原理 、渦流檢測(cè)原理渦流檢測(cè)就是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，將正弦波電流激勵(lì)探頭線圈，當(dāng)探頭接近金屬表面時(shí)，線圈周圍的交變磁場(chǎng)在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。對(duì)于平板金屬，感應(yīng)電流的流向是以線圈同心的圓形，形似旋渦，稱為渦流。同時(shí)渦流也產(chǎn)生相同頻率的磁場(chǎng)，其方向與線圈磁場(chǎng)方向相反。 渦流通道的損耗電阻，以及渦流產(chǎn)生的反磁通，又反射到探頭線圈，改變了線圈的電流大小及相位，即改變

2、了線圈的阻抗。因此，探頭在金屬表面移動(dòng)，遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時(shí)，使得渦流磁場(chǎng)對(duì)線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過(guò)渦流檢測(cè)儀器測(cè)量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無(wú)缺陷或其它物理性質(zhì)變化1.2、渦流檢測(cè)儀的基本組成 、渦流檢測(cè)儀的基本組成渦流檢測(cè)系統(tǒng)通常分為三個(gè)部分：激勵(lì)信號(hào)發(fā)生單元、磁場(chǎng)測(cè)量單元和信號(hào)采集單元，不同的渦流檢測(cè)儀又依據(jù)對(duì)探頭的輸出信號(hào)分析方法處理方式不同，大致分為相位分析發(fā)、頻率分析法和幅度分析法三種。本方案選擇

3、了頻率分析法，系統(tǒng)組成圖 1 所示：圖 1二、部件詳述 二、部件詳述2.1、信號(hào)發(fā)生器 、信號(hào)發(fā)生器信號(hào)源作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的重要工具,必須滿足高精度、高速度、高分辨率等要求。渦流檢測(cè)中激勵(lì)信號(hào)的穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的有效工作起著十分關(guān)鍵的作用，信號(hào)不穩(wěn)定會(huì)使后續(xù)處理十分困難，甚至直接影響檢測(cè)的結(jié)果。本方案基于 DDS ( Direct Digital Synthesis ,直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)，采用 AD9850 DDS

4、芯片，采用AT89C52 單片機(jī)作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。2.1.1AD9850 芯片AD9850 是美國(guó) AD 公司推出的基于 DDS 技術(shù)的高集成度頻率合成器，它工作的最高時(shí)鐘為 125MHZ，包含 40 bit 頻率/相位控制字，其中 32bit 用于頻率控制，5bit 用于相位控制，1bit 用于掉電控制，2bit 廠方保留工作方式選擇位。其工作原理圖 2 所示： AD9850 在接上精密時(shí)鐘源和寫入頻率相位控制字之

5、后就可產(chǎn)生一個(gè)頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接用作頻率信號(hào)源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出[23]。在 125MHz 的時(shí)鐘下，32 位的頻率控制字可使 AD9850 的輸出頻率分濾波電路 整流電路信號(hào)發(fā)生器 隔直濾波放大電路探頭 放大電路SPGA 自動(dòng)增益放大器輸出顯示大器在一般渦流檢測(cè)中，可選 C1= 10uF，R1 = 1.5kQ，R2=5kQ，Rf 為 50kQ 可調(diào)的變阻器，此時(shí)阻帶截止頻率為 10．

6、6 Hz，增益為 0dB 到 20dB 可調(diào)。2.2 測(cè)試探頭 測(cè)試探頭2.2.1 選擇探頭的材料 選擇探頭的材料電渦流傳感器探頭由外殼、線圈骨架、線圈等部件組成．電渦流傳感器是通過(guò)電磁效應(yīng)來(lái)完成測(cè)量的，所以其前端只能為非金屬材料．通過(guò)對(duì)不同材料的比較，可加工的陶瓷材料符合要求，陶瓷材料耐高溫、抗腐蝕，可以有效保護(hù)探頭內(nèi)部元件，又不屏蔽電磁場(chǎng)，可提高傳感器的使用壽命．傳感器探頭外殼后端采用不銹鋼材料，具有抗腐蝕的性能．整個(gè)探頭外殼精密接

7、合，密封嚴(yán)密，可以防止外部腐蝕性氣體進(jìn)入傳感器內(nèi)部，能有效保護(hù)探頭內(nèi)部線圈等部件。電渦流傳感器內(nèi)部線圈骨架一般采用聚四氟乙烯、高頻陶瓷、聚酰亞胺、玻璃鋼等材料．考慮環(huán)境溫度高的問(wèn)題，傳感器內(nèi)部線圈骨架采用可加工的陶瓷材料，其耐高溫且熱膨脹系數(shù)較小．電渦流傳感器所用的導(dǎo)線一般為高強(qiáng)度漆包線。如果要求高，也可以使用銀合金線．采用不同線徑組合的多股漆包線繞制線圈，能得到較好的穩(wěn)定性。2.2.2 線圈尺寸設(shè)計(jì) 線圈尺寸設(shè)計(jì)設(shè)電渦流傳感器的線圈是

8、具有矩形截面的扁平線圈，根據(jù)佩利經(jīng)驗(yàn)公式，線圈自感系數(shù)為線圈導(dǎo)線的直徑可對(duì)線圈的內(nèi)阻 R1 產(chǎn)生影響，從而對(duì)傳感器的溫度穩(wěn)定性產(chǎn)生影響．影響傳感器探頭溫度穩(wěn)定性的因素有兩種：一是傳感器探頭骨架的材料和形狀；二是傳感線圈形狀和內(nèi)阻．當(dāng)傳感器探頭骨架材料和形狀及傳感器線圈形狀確定時(shí)，可通過(guò)改變傳感器探頭線圈導(dǎo)線的直徑來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，即傳感器線圈導(dǎo)線的直徑由傳感器探頭溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)確定．電渦流傳感器量程以及靈敏度主要取決于傳感器中測(cè)量線圈的形

9、狀和大?。绻€圈外徑大，線圈的線性范圍就相應(yīng)增大，但是線圈的靈敏度會(huì)降低；如果線圈外徑小，線圈的線性范圍就會(huì)減小，但靈敏度會(huì)有所提高．線圈的內(nèi)徑一般對(duì)線性范圍和靈敏度的影響不大．線圈厚度較小時(shí)可提高線圈的靈敏度．在滿足量程的條件下，要盡可能提高傳感器測(cè)量線圈的靈敏度．提高靈敏度的措施有：在滿足量程的情況下，線圈要盡可能小，線圈厚度應(yīng)盡可能薄，但同時(shí)應(yīng)考慮加工的可操作性．2.2.3 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探頭是電渦流傳感器最重要的組

10、成部分，通常采用非金屬材料制作，要求堅(jiān)固，不易變形．在某些場(chǎng)合還要求探頭材料耐高溫、耐高壓及不受油類介質(zhì)的影響．線圈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以繞成一個(gè)扁平圓形線圈，粘貼于框架上，也可以在框架上開(kāi)一條槽，由導(dǎo)線繞制在槽內(nèi)而形成．本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)線繞在框架上的形式，為使線圈不易變形，保證性能更加穩(wěn)定，采用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)線圈進(jìn)行整體封．在高溫情況下，線圈的電阻有一定的變化，被測(cè)導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)也會(huì)有所變化，為了提高電渦流傳感器的溫度穩(wěn)定性，傳感器采用兩個(gè)完全相