单频电磁涡流仪电路设计
单频电磁涡流仪电路设计
摘
高度发展社会市场损检测求越越高损检测研究越越深入文研究单频电磁涡流仪希够深入解涡流检测开展文设计基阻抗分析法电桥式涡流检测实现导电材质表面表面缺陷检测进步进行调试改变探头类型参数实现面类型检测
文涡流检测仪器硬件设计中进行传感器探头设计整体电路设计电路设计中包括电源模块激励信号处理模块路复电路模块动衡模块采集信号放模块中信号处理采MFLI 锁相放器控制部分采NI myRIO控制卡涡流检测仪器软件设计中利LabVIEWMFLI 锁相放器NI myRIO控制卡进行编程控制采集信号进行衡分析采集信号处理阻抗图阻抗图作检测结果显示
设计中信号激励数采集利MFLI 锁相放器中低频率稳定输出输入分析功利锁相放器结合稳定电路设计LabVIEW软件进行编程设计套涡流检测系统系统实现调试频率参数动信号采集分析处理显示
关键词：涡流检测阵列涡流电桥衡：阻抗分析数采集
Singlefrequency electromagnetic eddy current circuit design
Abstract
In a highly developed society the requirements for nondestructive testing in the market are getting higher and higher and the research on nondestructive testing is becoming more and more indepth The singlefrequency electromagnetic eddy current instrument studied in this paper is hoped to be able to understand eddy current testing in depth In this paper a bridgetype eddy current test based on impedance analysis method is designed to detect defects on the surface and near surface of the conductive material and further debugging and changing the probe type and its parameters to realize multiplane and multitype detection
In this paper the design of the sensor probe and the overall circuit design are carried out in the hardware design of the eddy current testing instrument The circuit design includes the power supply module the excitation signal processing module the multiplexing circuit module the automatic balancing module and the acquisition signal amplification module The signal processing uses MFLI For the lockin amplifier the control part adopts NI myRIO control card For the design of the eddy current testing instrument software LabVIEW is used to program and control the MFLI lockin amplifier and the NI myRIO control card and the collected signals are balanced and analyzed Finally the collected signals are processed into impedance graphs and the impedance graphs are used as detection The display of results
The signal excitation and data acquisition in this design use the MFLI lockin amplifier＇s stable output and input analysis functions at low and medium frequencies Using a lockin amplifier combined with a stable circuit design a set of eddy current testing system is programmed on LabVIEW software The system implements tunable frequency parameters and automatic signal acquisition analysis processing and display
Keywords Eddy current detection array eddy current bridge balance impedance analysis data acquisition
目 录
1引言 1
11 损检测技术概述 1
12 涡流检测发展现状 2
13 课题研究容 2
2涡流检测基原理分析系统方案设计 2
21涡流检测基原理 2
22阻抗面分析法线圈阻抗分析 3
221 阻抗面分析法 4
222 线圈阻抗分析 4
23涡流检测仪器结构 4
24系统总体方案设计 4
3涡流检测硬件电路设计 5
31涡流检测电路设计 5
311 电源模块 5
312 探头采集模块 6
313信号放模块 7
32涡流检测控制电路设计 8
33涡流检测采集电路设计 9
331 锁相放器功介绍 9
332 锁相放器方法介绍 10
4涡流检测软件设计 10
41激励信号采集 10
42采集信号处理 10
43基Labview软件编程 10
431控制卡部分编程 10
432采集信号衡 11
433采集信号分析 12
434检测结果显示 12
5涡流检测装置组装检测分析 13
51检测装置组装 13
52涡流检测结果分析 14
6结 15
参考文献 16
致谢 17
1引言
损检测已形成五常规检测分超声检测射线检测磁粉检测渗透检测涡流检测文研究涡流检测仪器开发文研究目设计进行种探头组合调控参数涡流检测仪器涡流检测仪器设计中进行深步学
11损检测技术概述
损检测指检测象进行检测时影响检测物体性破坏组织部分布损检测够检测出检测象部否存缺陷组织否差异损检测工业航天航空生物工程医疗诊断缺方面获极重视发展
超声检测利超声波反射特性超声波传播程中遇界面会发生反射压电晶片反射回波激发成电信号电信号进行分析知道检测物体缺陷某物理特性超声检测工业应范围广泛发展中形成新检测技术例相控阵超声检测TOFT检测技术等
射线检测利射线检测象部分强度衰减进行分析评定射线检测象投射胶片时会胶片产生程度曝光显影胶片观测检测象部情况分析胶片检测工件材质变化厚度变化缺陷情况射线检测检测结果显示胶片具备长期保存查优点工业范围较广泛缺点体危害较提高安全性市场寻找代射线检测检测新技术
磁粉检测利磁化现象检测象磁场磁化表面表面出现缺陷者连续性磁化方存角度会出现漏磁场利磁粉者磁悬液喷洒检测象显示出连续性痕迹磁粉检测检测表面表面肉眼直接观察缺陷灵敏度着缺陷深度提高降局限铁磁性材料工件检测工业表面检测较广泛检测方法
渗透检测利液体毛细作施加荧光渗透液着色渗透液时狭窄缝隙处会进行渗透留缺陷位置表面余渗透液施加显示剂会显示出缺陷痕迹放缺陷形状渗透检测优点检测方式简单明成相较低缺点表面开口处检测渗透液某材质具腐蚀性等
涡流检测利电磁感应现象金属导体置变化磁场者相运动磁场中时金属导体会产生漩涡状流动电流称电涡流产生电涡流时磁场必然消耗身部分磁场量磁场变化通电线圈产生时候部分消耗线圈阻抗发生变化采集变化分析检测象表面表面缺陷涡流检测具备优点需耦合剂检测速度快灵敏度高等缺点检测象限导电材质检测深度限等相磁粉检测渗透检测涡流检测需磁悬液者渗透液减少环境污染涡流检测灵敏度更高涡流检测电信号进行分析相更容易实现线监测动化检测实现非接触检测
12 涡流检测发展现状
年国外涡流检测研究越越深入2004年法国两家公司联手开发套损检测系统(CODECI)结合阵列排布线圈电荷藕合器件图传感器完整系统[1]
2016 年研究设计扫频涡流仪方面厦门爱德森电子限公司取重进展基涡流阻抗面扫频检测高频率已达 30MHz极提高仪器检测力检测精度提出更高求航空航天核工程领域中够效解决精度难题[2]
13 课题研究容
文中单频电磁涡流仪电路设计基涡流检测技术阵列涡流技术MFLI 锁相放器实现种简单面涡流检测MFLI 锁相放器中低频率稳定输出输入分析功图形化编程软件LabVIEW结合形成稳定涡流检测台系统涡流检测台系统检测深度缺陷具备着调节频率（500KHz5MHz）参数设置显示单组探头独立显示缺陷具体定位设想探头组数固定设备达结合率时较高效率阵列涡流检测仪器设计出合理探头参数达检测需高效传感器作部分实现精度追求设计中初步实现六组探头水面涡流检测基础探头改变更组改变柔性探头实现曲面涡流检测文硬件部分设计进行分析研究进行低成实验改良
2涡流检测基原理分析系统方案设计
21涡流检测基原理
涡流检测原理电磁感应现象变化磁场者相运动磁场中金属导体金属导体会产生漩涡状流动电流称电涡流产生电涡流时磁场必然消耗身部分磁场量磁场变化通电线圈产生时候部分消耗线圈阻抗发生变化涡流检测定理图21示
图21 涡流检测原理示意图
通交流电线圈检测工件移动时候理参数发生变化 情况工件产生涡流引起线圈阻抗变化应该定果工件发现阻抗次发生变化时说明工件部材质者形态发生变化改变工件电导率磁导率判断工件身变化涡流检测程图22示
图22 涡流检测信号变化图
涡流检测局限表面表面检测趋肤效应趋肤效应指金属试件中感生出涡流会集中分布金属表面种现象造成趋肤效应原金属中心表面电感区电流会选择电感方流特着涡流频率增金属中心电感会愈发增涡流会愈发集中金属表面[3]
22阻抗面分析法线圈阻抗分析
221 阻抗面分析法
次设计阻抗面分析法涡流检测时激励线圈部分阻抗身阻抗产生涡流反馈阻抗形成分析线圈阻抗变化时实际分析涡流反馈部分阻抗例涡流检测时正弦电源激励探头工件表面移动着工件材料特性变化探头阻抗发生变化时阻抗变化代表着材料特性变化时涡流感应影响线圈阻抗相位变化解涡流检测中检象某性质检测线圈电气参数间联系需检测线圈进行阻抗分析简单说阻抗分析法线圈阻抗数采集出检测程中观察线圈阻抗变化情况线圈阻抗变化牵扯素太太杂阻抗分析法中需控制变量影响抵消者固定等方法进行控制
222 线圈阻抗分析
交流电路中串联电路电压身阻抗总阻抗关系决定串联电路电压变化阻抗变化相似根规律涡流感应引起阻抗变化时步变化阻抗总阻抗密切关系着
线圈阻抗三部分组合成第部分线圈身电阻电感匝线圈间电容组合成第二部分线圈间相互影响产生阻抗变化第三部分涡流检测程中工件表面涡流效应线圈阻抗产生变化基础分析知道联立三部分线圈阻抗变化公式基础影响线圈阻抗变化素进行分离出素线圈阻抗影响效果
23涡流检测仪器结构
涡流传感器（探头）检测象途设计外观部结构相种类繁种涡流传感器结构激励绕组检测绕组支架外壳组成根需求磁芯磁饱器等涡流传感器作检测工件建立者交变磁场工件够产生涡流感应二工件产生涡流感应情况采集工件涡流感应信息采集工件材质质量信息转化电信号予仪器分析评价两作传感器精确作 采集组成数库数库便进行种判断例工件表面涂层厚度检测表面表面探伤者某标记进行识涡流传感器类型穿式外穿式点式探头次设计基表面表面简单面检测选择点式阵列涡流传感器条件稳定理想情况涡流传感器信息变化分析便工件具体情况分析
24系统总体方案设计
基涡流检测原理电路设计理解次设计检测金属导体表面表面缺陷目保证缺陷检出时进行方面提升探头部分软件进行研究
文设计阵列涡流仪器利两电感线圈组组电感线圈间涡流感应差异组成差分电路进行探测差分电路保证缺陷检出差分电路电桥衡排线圈身素干扰两电感线圈间差异发生波动时说明时涡流存变化提取差异信号作测象分析方基础添加组数提高检测效率果时电感组启动检测电感组间会带定相互影响加路复芯片电感组定控观测周期进行轮流启动利软件编程电感组检测控观测时间差进行调试应组数信息信息电感微妙变化需进行信号放利面加放芯片样放信号更加明显出检测结果显示阻抗分析图
3涡流检测硬件电路设计
文设计涡流检测系统集成整体电路电源检测采集部分进行设计检测电路部分分电源模块探头采集模块信号放模块外涡流检测控制电路设计涡流检测采集电路设计设计高包容性没检测电路做出针性设计更换种类型探头留控空间
31涡流检测电路设计
部分电源模块探头采集模块信号放模块设计部分固定检测程中般需进行变动
311 电源模块
文设计中类芯片需供电电压电压稳定性简化设计电源模块利类稳压器串联提供电源电源模块分高点位部分（+12V+5V）低点位（12V5V）具体设计方案24V电源适配器输入24V直流电两DCDC 模块分±12V±5V 供电中±12V 电源路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进行供电+12V差动放器AD620芯片供电图31示电源整系统影响纹波电源会整检测系统引进噪声影响检测精度准确性必须加重视[3]
图31 电源模块电路图
312 探头采集模块
涡流传感器探头采集模块设计利差分电路单组探头进行组合检测组探头两线圈组成差分电路时时两线圈激励线圈检测线圈采集信号两线圈间电信号变化激励信号加线圈时两参数相线圈会产生相反应时两线圈正常工件相互影响会达动态衡检测程找寻破衡工件位置图32示次设计利组探头探头组进行检测组数调控图33示
探头硬件核心设计探头稳定变化进行设计中采探头固定电感进行匹配进行检测激励信号电感时电感会检测象产生涡流检测象部组织表面连续性会影响电感涡流形态次设计尝试六电感组固定进行检测检测水面类型涡流检测图34示激励部分采集部分利锁相放器身功进行检测图35示
图32 单探头电路图 图33 组探头电路图
图34 组探头实物图 图35 MFLI锁相放器
313信号放模块
探头组信号出现明显异常时电信号代表着工件特性者缺陷信号非常法直接处理分析采取反馈阻抗信号时需面加信号放器样更加明显阻抗信息
AD620芯片款低成高精度仪表放器仅需外部电阻设置增益增益范围110000引脚图图36示
信号放模块利差动放器AD620芯片进行信号放中放倍数20倍AD620芯片采2K欧控制电阻±15V电压运算知道信号放模块放倍数20倍设计中运差动放器两电感（传感器）涡流信号差异进行放外设想更加稳定信号放输出端设立电容二极进行稳定电路设计图37示
图36 AD620芯片引脚图
图37 AD620芯片电路图
32涡流检测控制电路设计
次设计中组探头次进行工作需控制端进行协调设计中路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进行实现路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制引脚连接（NI myrio）控制器进行控制图38示
路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）8位集成芯片需控制引脚端输入应高低电水信息控制应输入输出端联通
涡流检测控制电路基阵列涡流探头需进行周期性变换检测设立部分中设计两路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制应两电感传感器组电感组进行检测中路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制引脚控制器（NI myrio）进行连接配合探头组分两芯片相应端口进行连接时需予芯片应高电位信息实现探头组检测时电路正常需通软件编程达检测效果
图38 路复电路芯片引脚图
33涡流检测采集电路设计
涡流检测程中提取出电信号放进行分析处理设计部分MFLI 锁相放器代信号发生信号提取转换设计锁相放器信号采集信号功信号放模块输出信号通锁相放器激励信号进行匹配频率进行筛选正确信号采集信号更准确
331 锁相放器功介绍
设计瑞士苏黎世仪器公司 (Zurich Instruments)开发MFLI 锁相放器信号进行分析外具备着稳定中低频信号输出输出信号波形频率调设计中激励信号MFLI 锁相放器稳定信号输出设计中单频电磁涡流检测仪MFLI 锁相放器做频率检测深度缺陷功设计够利进行重点设计实施范围更加开阔点睛笔
MFLI 锁相放器信号采集功非常强输入信号分析信号完整信息外信号进行降低干扰处理设计实验程干扰信号产生避免干扰信号极影响实验进行说MFLI 锁相放器功设计实验奠定基础实验程够具备稳定实验数
332 锁相放器方法介绍
MFLI 锁相放器设计中作激励信号发生器信号采集器作激励信号发生器时MFLI 锁相放器输出端口连接线圈激励输入端利锁相放器带操作系统改变激励信号波形频率作信号采集器时放信号原始激励信号连接MFLI锁相放器输入端信号端MFLI锁相放器会输入信号信号进行法运算理范围频率变化剔剩信号设计中研究阻抗变化信号MFLI 锁相放器设计实验开始激励信号器汇总电路变化信号采集器
4涡流检测软件设计
41激励信号采集
信号采集电感组两电感传感器间感应涡流差异信号激励信号频率会发生改变电路采集信号相位切通锁相放器直接数数激励信号采集进行滤偏差虚假信号
42采集信号处理
采集信号通锁相放器变直接模拟数（X分量Y分量σ角度）信号初始状态0信号处理需提前缺陷处进行置零处理测象异常部分采集信号置零点
43基Labview软件编程
431控制卡部分编程
路复芯片控制引脚需输入正确电水信号部分输入控制卡（NI myrio）产生软件编程需控制卡（NI myrio）写入三端口电水控制低点位端口
控制卡（NI myrio）控制电感组交作部分编程需提前信号采集前控制采集时变动编程直接部分置前端采集信号部分写控制部分子函数达信号未采集前稳定控制图41示部分需控制卡（NI myrio）四引脚设计利LabVIEW写入布尔布尔开时输入高点位关闭便输入低点位图42示
图41 控制卡（NI myrio）
图42 控制卡部分编程图
432采集信号衡
采集信号初始状态电路法达理状态步需外设置零点设计中衡信号编程需检测程中稳定检测异常阶段进行采集异常信号作初始状态信号零点进行检测部分编程需采集信号配合编程基采集信号进行加工
编程需探头放异常工件位置然涡流感应发生线圈产生影响时线圈电信号衡位置信号然涡流检测台显示板点击衡时运转编程程记录时信号零点便衡信号编程思路图43示
图43 衡部分示意图
433采集信号分析
采集信号零点测象检测状态设计中采集信号零点数（X分量Y分量σ角度）部分编程写采集信号变量进行储存图44示
图44 采集信号编程部分
434检测结果显示
检测结果显示阻抗图进行分析部分直接显示模拟数字量防止数字量难进行观察难显示部分直接信号数（X分量Y分量σ角度）阻抗分析图进行显示中显示部分编程需信号采集储存变量慢控制端新采集信号控制总体需显示结果进行周期变换图45图46示
图45 测试编程系统面
图45 完整编程系统面
5涡流检测装置组装检测分析
51检测装置组装
设计中电路部分直接芯片电感传感器集合块电路板电源模块控制器模块锁相放器部分单独部分集成电板芯片电感传感器焊接电路板时电源模块直接电路原理图焊接块电路板布置焊接轨迹遵循基电路原焊接集成电板需连接供电线信号输入输出部分引线部分引线牵引电路板边部分引线分接入电源模块控制器模块锁相放器输入端部分组装集成电路没部分需连接图51示
图51 单频电磁涡流装置实物图
52涡流检测结果分析
次设计检验部分浅入深组装第步检验检验涡流探头传感器作分探头进行测试直接磁场放置探头放置处等第二步检验测试工件连续性否检测出阻抗变化组探头显示否正常图52示
实验程中够稳定出现缺陷位置阻抗变化MFLI锁相放器改变输出激励信号频率深度缺陷位置进行次调试程断实验收集频率应佳深度显示情况制作出佳检测方案
综合说次单频电磁涡流检测仪电路设计涡流检测试块进行检测检测结果十分明显说明单频电磁涡流检测仪电路设计具备检测功
图 52 单频电磁涡流检测系统面
6结
设计单频电磁涡流仪电路设计电阻电容线圈AD620芯片路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制卡（NI myrio）MFLI 锁相放器实现简单面进行涡流检测学涡流检测技术实施电路设计程中发现涡流检测电磁感应非难触直接探索信息转化分析电信号者变成模拟信号时发现信号代表信号身某材质特性反馈善分析观测信息知道直接观测某特性设计实验程疫情没实施范围扩展水面涡流检测实行部分足说明次单频电磁涡流仪电路设计行路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）作达组探头轮流扫查时反馈信息AD620芯片作发现部分非佳信号放模块步放信号时干扰信号放然信号进行处理某种程度影响检测精度控制卡（NI myrio）MFLI 锁相放器两部分次设计核心两部分控制部分信号处理部分妥善实现分析位综述实验证明单频电磁涡流检测仪电路设计具备检测功疫情影响深入研究次设计中频率深度缺陷佳显示停止实验感十分遗憾没进行更深入研究更新颖方面扩展
参考文献
[1] 姜贺．涡流检测阵列探头信号数值模拟［Ｄ］．武汉：华中科技学2015．
[2] 崔赟．脉涡流缺陷检测系统设计实验研究［Ｄ］．西安：西安工程学2019．
[3] 徐涛．基阻抗分析法电桥式涡流检测系统研究［Ｄ］．太原：中北学2009．
[4] 郭太．基 ARM LabVIEW 高频电磁涡流检测系统集成设计［Ｄ］．南京：南京航天航空学2016．
[5] 叶杭璐王超吴杨娜．轨道交通涡流探伤仪设计实现［J］．浙江树学学报(然科学版)2016
[6] 轨道交通涡流探伤仪设计实现叶杭璐王超吴杨娜 浙江树学学报(然科学版) 2016
[7] 基涡流金属表面缺陷检测系统研究丁民翰
[8] 丁民翰．基涡流金属表面缺陷检测系统研究［Ｄ］．广东：华南理工学2017．
[9] 陈积懋损检测新技术20年回顾[J]损检测19987(20)
[10] 黄捷层导电结构厚度缺陷电涡流检测干关键技术研究 [博士学位文]杭州浙江学200463
[11] 杨风连靖郎文杰涡流探伤中采相敏检波电路提取裂纹信号[J]华北工学院学报2003
[12] Hoshikawa H A new eddy current processing uniform rotating eddy currents[J]Materials Evaluation1988
[13] Dodd C V Applications of a phase sensitive eddy current instrument[J] Materials Evaluation196422(6)
[14] 赵博 张洪亮 Ansoft 12 工程电磁场中应[M] 中国水利水电出版社2010
[15] Hellier Charles Handbook of nondestructive evaluation[J] 2001
[16] 李家伟 中航工业北京航空材料研究院 损检测手册[M] 机械工业出版社
2012
[17] 方威 王务 Others 美国损检测手册[M] 超声卷) 北京 世界图书出版社 1996
[18] 段耀勇 陈荣华 涡流检测中微扰模型[J] 计算物理 1997 14(4) 693695
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单频电磁涡流仪电路设计
单频电磁涡流仪电路设计
摘
高度发展社会市场损检测求越越高损检测研究越越深入文研究单频电磁涡流仪希够深入解涡流检测开展文设计基阻抗分析法电桥式涡流检测实现导电材质表面表面缺陷检测进步进行调试改变探头类型参数实现面类型检测
文涡流检测仪器硬件设计中进行传感器探头设计整体电路设计电路设计中包括电源模块激励信号处理模块路复电路模块动衡模块采集信号放模块中信号处理采MFLI 锁相放器控制部分采NI myRIO控制卡涡流检测仪器软件设计中利LabVIEWMFLI 锁相放器NI myRIO控制卡进行编程控制采集信号进行衡分析采集信号处理阻抗图阻抗图作检测结果显示
设计中信号激励数采集利MFLI 锁相放器中低频率稳定输出输入分析功利锁相放器结合稳定电路设计LabVIEW软件进行编程设计套涡流检测系统系统实现调试频率参数动信号采集分析处理显示
关键词：涡流检测阵列涡流电桥衡：阻抗分析数采集
Singlefrequency electromagnetic eddy current circuit design
Abstract
In a highly developed society the requirements for nondestructive testing in the market are getting higher and higher and the research on nondestructive testing is becoming more and more indepth The singlefrequency electromagnetic eddy current instrument studied in this paper is hoped to be able to understand eddy current testing in depth In this paper a bridgetype eddy current test based on impedance analysis method is designed to detect defects on the surface and near surface of the conductive material and further debugging and changing the probe type and its parameters to realize multiplane and multitype detection
In this paper the design of the sensor probe and the overall circuit design are carried out in the hardware design of the eddy current testing instrument The circuit design includes the power supply module the excitation signal processing module the multiplexing circuit module the automatic balancing module and the acquisition signal amplification module The signal processing uses MFLI For the lockin amplifier the control part adopts NI myRIO control card For the design of the eddy current testing instrument software LabVIEW is used to program and control the MFLI lockin amplifier and the NI myRIO control card and the collected signals are balanced and analyzed Finally the collected signals are processed into impedance graphs and the impedance graphs are used as detection The display of results
The signal excitation and data acquisition in this design use the MFLI lockin amplifier＇s stable output and input analysis functions at low and medium frequencies Using a lockin amplifier combined with a stable circuit design a set of eddy current testing system is programmed on LabVIEW software The system implements tunable frequency parameters and automatic signal acquisition analysis processing and display
Keywords Eddy current detection array eddy current bridge balance impedance analysis data acquisition
目 录
1引言 1
11 损检测技术概述 1
12 涡流检测发展现状 2
13 课题研究容 2
2涡流检测基原理分析系统方案设计 2
21涡流检测基原理 2
22阻抗面分析法线圈阻抗分析 3
221 阻抗面分析法 4
222 线圈阻抗分析 4
23涡流检测仪器结构 4
24系统总体方案设计 4
3涡流检测硬件电路设计 5
31涡流检测电路设计 5
311 电源模块 5
312 探头采集模块 6
313信号放模块 7
32涡流检测控制电路设计 8
33涡流检测采集电路设计 9
331 锁相放器功介绍 9
332 锁相放器方法介绍 10
4涡流检测软件设计 10
41激励信号采集 10
42采集信号处理 10
43基Labview软件编程 10
431控制卡部分编程 10
432采集信号衡 11
433采集信号分析 12
434检测结果显示 12
5涡流检测装置组装检测分析 13
51检测装置组装 13
52涡流检测结果分析 14
6结 15
参考文献 16
致谢 17
1引言
损检测已形成五常规检测分超声检测射线检测磁粉检测渗透检测涡流检测文研究涡流检测仪器开发文研究目设计进行种探头组合调控参数涡流检测仪器涡流检测仪器设计中进行深步学
11损检测技术概述
损检测指检测象进行检测时影响检测物体性破坏组织部分布损检测够检测出检测象部否存缺陷组织否差异损检测工业航天航空生物工程医疗诊断缺方面获极重视发展
超声检测利超声波反射特性超声波传播程中遇界面会发生反射压电晶片反射回波激发成电信号电信号进行分析知道检测物体缺陷某物理特性超声检测工业应范围广泛发展中形成新检测技术例相控阵超声检测TOFT检测技术等
射线检测利射线检测象部分强度衰减进行分析评定射线检测象投射胶片时会胶片产生程度曝光显影胶片观测检测象部情况分析胶片检测工件材质变化厚度变化缺陷情况射线检测检测结果显示胶片具备长期保存查优点工业范围较广泛缺点体危害较提高安全性市场寻找代射线检测检测新技术
磁粉检测利磁化现象检测象磁场磁化表面表面出现缺陷者连续性磁化方存角度会出现漏磁场利磁粉者磁悬液喷洒检测象显示出连续性痕迹磁粉检测检测表面表面肉眼直接观察缺陷灵敏度着缺陷深度提高降局限铁磁性材料工件检测工业表面检测较广泛检测方法
渗透检测利液体毛细作施加荧光渗透液着色渗透液时狭窄缝隙处会进行渗透留缺陷位置表面余渗透液施加显示剂会显示出缺陷痕迹放缺陷形状渗透检测优点检测方式简单明成相较低缺点表面开口处检测渗透液某材质具腐蚀性等
涡流检测利电磁感应现象金属导体置变化磁场者相运动磁场中时金属导体会产生漩涡状流动电流称电涡流产生电涡流时磁场必然消耗身部分磁场量磁场变化通电线圈产生时候部分消耗线圈阻抗发生变化采集变化分析检测象表面表面缺陷涡流检测具备优点需耦合剂检测速度快灵敏度高等缺点检测象限导电材质检测深度限等相磁粉检测渗透检测涡流检测需磁悬液者渗透液减少环境污染涡流检测灵敏度更高涡流检测电信号进行分析相更容易实现线监测动化检测实现非接触检测
12 涡流检测发展现状
年国外涡流检测研究越越深入2004年法国两家公司联手开发套损检测系统(CODECI)结合阵列排布线圈电荷藕合器件图传感器完整系统[1]
2016 年研究设计扫频涡流仪方面厦门爱德森电子限公司取重进展基涡流阻抗面扫频检测高频率已达 30MHz极提高仪器检测力检测精度提出更高求航空航天核工程领域中够效解决精度难题[2]
13 课题研究容
文中单频电磁涡流仪电路设计基涡流检测技术阵列涡流技术MFLI 锁相放器实现种简单面涡流检测MFLI 锁相放器中低频率稳定输出输入分析功图形化编程软件LabVIEW结合形成稳定涡流检测台系统涡流检测台系统检测深度缺陷具备着调节频率（500KHz5MHz）参数设置显示单组探头独立显示缺陷具体定位设想探头组数固定设备达结合率时较高效率阵列涡流检测仪器设计出合理探头参数达检测需高效传感器作部分实现精度追求设计中初步实现六组探头水面涡流检测基础探头改变更组改变柔性探头实现曲面涡流检测文硬件部分设计进行分析研究进行低成实验改良
2涡流检测基原理分析系统方案设计
21涡流检测基原理
涡流检测原理电磁感应现象变化磁场者相运动磁场中金属导体金属导体会产生漩涡状流动电流称电涡流产生电涡流时磁场必然消耗身部分磁场量磁场变化通电线圈产生时候部分消耗线圈阻抗发生变化涡流检测定理图21示
图21 涡流检测原理示意图
通交流电线圈检测工件移动时候理参数发生变化 情况工件产生涡流引起线圈阻抗变化应该定果工件发现阻抗次发生变化时说明工件部材质者形态发生变化改变工件电导率磁导率判断工件身变化涡流检测程图22示
图22 涡流检测信号变化图
涡流检测局限表面表面检测趋肤效应趋肤效应指金属试件中感生出涡流会集中分布金属表面种现象造成趋肤效应原金属中心表面电感区电流会选择电感方流特着涡流频率增金属中心电感会愈发增涡流会愈发集中金属表面[3]
22阻抗面分析法线圈阻抗分析
221 阻抗面分析法
次设计阻抗面分析法涡流检测时激励线圈部分阻抗身阻抗产生涡流反馈阻抗形成分析线圈阻抗变化时实际分析涡流反馈部分阻抗例涡流检测时正弦电源激励探头工件表面移动着工件材料特性变化探头阻抗发生变化时阻抗变化代表着材料特性变化时涡流感应影响线圈阻抗相位变化解涡流检测中检象某性质检测线圈电气参数间联系需检测线圈进行阻抗分析简单说阻抗分析法线圈阻抗数采集出检测程中观察线圈阻抗变化情况线圈阻抗变化牵扯素太太杂阻抗分析法中需控制变量影响抵消者固定等方法进行控制
222 线圈阻抗分析
交流电路中串联电路电压身阻抗总阻抗关系决定串联电路电压变化阻抗变化相似根规律涡流感应引起阻抗变化时步变化阻抗总阻抗密切关系着
线圈阻抗三部分组合成第部分线圈身电阻电感匝线圈间电容组合成第二部分线圈间相互影响产生阻抗变化第三部分涡流检测程中工件表面涡流效应线圈阻抗产生变化基础分析知道联立三部分线圈阻抗变化公式基础影响线圈阻抗变化素进行分离出素线圈阻抗影响效果
23涡流检测仪器结构
涡流传感器（探头）检测象途设计外观部结构相种类繁种涡流传感器结构激励绕组检测绕组支架外壳组成根需求磁芯磁饱器等涡流传感器作检测工件建立者交变磁场工件够产生涡流感应二工件产生涡流感应情况采集工件涡流感应信息采集工件材质质量信息转化电信号予仪器分析评价两作传感器精确作 采集组成数库数库便进行种判断例工件表面涂层厚度检测表面表面探伤者某标记进行识涡流传感器类型穿式外穿式点式探头次设计基表面表面简单面检测选择点式阵列涡流传感器条件稳定理想情况涡流传感器信息变化分析便工件具体情况分析
24系统总体方案设计
基涡流检测原理电路设计理解次设计检测金属导体表面表面缺陷目保证缺陷检出时进行方面提升探头部分软件进行研究
文设计阵列涡流仪器利两电感线圈组组电感线圈间涡流感应差异组成差分电路进行探测差分电路保证缺陷检出差分电路电桥衡排线圈身素干扰两电感线圈间差异发生波动时说明时涡流存变化提取差异信号作测象分析方基础添加组数提高检测效率果时电感组启动检测电感组间会带定相互影响加路复芯片电感组定控观测周期进行轮流启动利软件编程电感组检测控观测时间差进行调试应组数信息信息电感微妙变化需进行信号放利面加放芯片样放信号更加明显出检测结果显示阻抗分析图
3涡流检测硬件电路设计
文设计涡流检测系统集成整体电路电源检测采集部分进行设计检测电路部分分电源模块探头采集模块信号放模块外涡流检测控制电路设计涡流检测采集电路设计设计高包容性没检测电路做出针性设计更换种类型探头留控空间
31涡流检测电路设计
部分电源模块探头采集模块信号放模块设计部分固定检测程中般需进行变动
311 电源模块
文设计中类芯片需供电电压电压稳定性简化设计电源模块利类稳压器串联提供电源电源模块分高点位部分（+12V+5V）低点位（12V5V）具体设计方案24V电源适配器输入24V直流电两DCDC 模块分±12V±5V 供电中±12V 电源路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进行供电+12V差动放器AD620芯片供电图31示电源整系统影响纹波电源会整检测系统引进噪声影响检测精度准确性必须加重视[3]
图31 电源模块电路图
312 探头采集模块
涡流传感器探头采集模块设计利差分电路单组探头进行组合检测组探头两线圈组成差分电路时时两线圈激励线圈检测线圈采集信号两线圈间电信号变化激励信号加线圈时两参数相线圈会产生相反应时两线圈正常工件相互影响会达动态衡检测程找寻破衡工件位置图32示次设计利组探头探头组进行检测组数调控图33示
探头硬件核心设计探头稳定变化进行设计中采探头固定电感进行匹配进行检测激励信号电感时电感会检测象产生涡流检测象部组织表面连续性会影响电感涡流形态次设计尝试六电感组固定进行检测检测水面类型涡流检测图34示激励部分采集部分利锁相放器身功进行检测图35示
图32 单探头电路图 图33 组探头电路图
图34 组探头实物图 图35 MFLI锁相放器
313信号放模块
探头组信号出现明显异常时电信号代表着工件特性者缺陷信号非常法直接处理分析采取反馈阻抗信号时需面加信号放器样更加明显阻抗信息
AD620芯片款低成高精度仪表放器仅需外部电阻设置增益增益范围110000引脚图图36示
信号放模块利差动放器AD620芯片进行信号放中放倍数20倍AD620芯片采2K欧控制电阻±15V电压运算知道信号放模块放倍数20倍设计中运差动放器两电感（传感器）涡流信号差异进行放外设想更加稳定信号放输出端设立电容二极进行稳定电路设计图37示
图36 AD620芯片引脚图
图37 AD620芯片电路图
32涡流检测控制电路设计
次设计中组探头次进行工作需控制端进行协调设计中路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进行实现路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制引脚连接（NI myrio）控制器进行控制图38示
路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）8位集成芯片需控制引脚端输入应高低电水信息控制应输入输出端联通
涡流检测控制电路基阵列涡流探头需进行周期性变换检测设立部分中设计两路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制应两电感传感器组电感组进行检测中路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制引脚控制器（NI myrio）进行连接配合探头组分两芯片相应端口进行连接时需予芯片应高电位信息实现探头组检测时电路正常需通软件编程达检测效果
图38 路复电路芯片引脚图
33涡流检测采集电路设计
涡流检测程中提取出电信号放进行分析处理设计部分MFLI 锁相放器代信号发生信号提取转换设计锁相放器信号采集信号功信号放模块输出信号通锁相放器激励信号进行匹配频率进行筛选正确信号采集信号更准确
331 锁相放器功介绍
设计瑞士苏黎世仪器公司 (Zurich Instruments)开发MFLI 锁相放器信号进行分析外具备着稳定中低频信号输出输出信号波形频率调设计中激励信号MFLI 锁相放器稳定信号输出设计中单频电磁涡流检测仪MFLI 锁相放器做频率检测深度缺陷功设计够利进行重点设计实施范围更加开阔点睛笔
MFLI 锁相放器信号采集功非常强输入信号分析信号完整信息外信号进行降低干扰处理设计实验程干扰信号产生避免干扰信号极影响实验进行说MFLI 锁相放器功设计实验奠定基础实验程够具备稳定实验数
332 锁相放器方法介绍
MFLI 锁相放器设计中作激励信号发生器信号采集器作激励信号发生器时MFLI 锁相放器输出端口连接线圈激励输入端利锁相放器带操作系统改变激励信号波形频率作信号采集器时放信号原始激励信号连接MFLI锁相放器输入端信号端MFLI锁相放器会输入信号信号进行法运算理范围频率变化剔剩信号设计中研究阻抗变化信号MFLI 锁相放器设计实验开始激励信号器汇总电路变化信号采集器
4涡流检测软件设计
41激励信号采集
信号采集电感组两电感传感器间感应涡流差异信号激励信号频率会发生改变电路采集信号相位切通锁相放器直接数数激励信号采集进行滤偏差虚假信号
42采集信号处理
采集信号通锁相放器变直接模拟数（X分量Y分量σ角度）信号初始状态0信号处理需提前缺陷处进行置零处理测象异常部分采集信号置零点
43基Labview软件编程
431控制卡部分编程
路复芯片控制引脚需输入正确电水信号部分输入控制卡（NI myrio）产生软件编程需控制卡（NI myrio）写入三端口电水控制低点位端口
控制卡（NI myrio）控制电感组交作部分编程需提前信号采集前控制采集时变动编程直接部分置前端采集信号部分写控制部分子函数达信号未采集前稳定控制图41示部分需控制卡（NI myrio）四引脚设计利LabVIEW写入布尔布尔开时输入高点位关闭便输入低点位图42示
图41 控制卡（NI myrio）
图42 控制卡部分编程图
432采集信号衡
采集信号初始状态电路法达理状态步需外设置零点设计中衡信号编程需检测程中稳定检测异常阶段进行采集异常信号作初始状态信号零点进行检测部分编程需采集信号配合编程基采集信号进行加工
编程需探头放异常工件位置然涡流感应发生线圈产生影响时线圈电信号衡位置信号然涡流检测台显示板点击衡时运转编程程记录时信号零点便衡信号编程思路图43示
图43 衡部分示意图
433采集信号分析
采集信号零点测象检测状态设计中采集信号零点数（X分量Y分量σ角度）部分编程写采集信号变量进行储存图44示
图44 采集信号编程部分
434检测结果显示
检测结果显示阻抗图进行分析部分直接显示模拟数字量防止数字量难进行观察难显示部分直接信号数（X分量Y分量σ角度）阻抗分析图进行显示中显示部分编程需信号采集储存变量慢控制端新采集信号控制总体需显示结果进行周期变换图45图46示
图45 测试编程系统面
图45 完整编程系统面
5涡流检测装置组装检测分析
51检测装置组装
设计中电路部分直接芯片电感传感器集合块电路板电源模块控制器模块锁相放器部分单独部分集成电板芯片电感传感器焊接电路板时电源模块直接电路原理图焊接块电路板布置焊接轨迹遵循基电路原焊接集成电板需连接供电线信号输入输出部分引线部分引线牵引电路板边部分引线分接入电源模块控制器模块锁相放器输入端部分组装集成电路没部分需连接图51示
图51 单频电磁涡流装置实物图
52涡流检测结果分析
次设计检验部分浅入深组装第步检验检验涡流探头传感器作分探头进行测试直接磁场放置探头放置处等第二步检验测试工件连续性否检测出阻抗变化组探头显示否正常图52示
实验程中够稳定出现缺陷位置阻抗变化MFLI锁相放器改变输出激励信号频率深度缺陷位置进行次调试程断实验收集频率应佳深度显示情况制作出佳检测方案
综合说次单频电磁涡流检测仪电路设计涡流检测试块进行检测检测结果十分明显说明单频电磁涡流检测仪电路设计具备检测功
图 52 单频电磁涡流检测系统面
6结
设计单频电磁涡流仪电路设计电阻电容线圈AD620芯片路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）控制卡（NI myrio）MFLI 锁相放器实现简单面进行涡流检测学涡流检测技术实施电路设计程中发现涡流检测电磁感应非难触直接探索信息转化分析电信号者变成模拟信号时发现信号代表信号身某材质特性反馈善分析观测信息知道直接观测某特性设计实验程疫情没实施范围扩展水面涡流检测实行部分足说明次单频电磁涡流仪电路设计行路复电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）作达组探头轮流扫查时反馈信息AD620芯片作发现部分非佳信号放模块步放信号时干扰信号放然信号进行处理某种程度影响检测精度控制卡（NI myrio）MFLI 锁相放器两部分次设计核心两部分控制部分信号处理部分妥善实现分析位综述实验证明单频电磁涡流检测仪电路设计具备检测功疫情影响深入研究次设计中频率深度缺陷佳显示停止实验感十分遗憾没进行更深入研究更新颖方面扩展
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