1、文献翻译题目： 用于铁磁性管道的无损检测脉冲远场技术 学 院： 测试与光电工程学院 专业名称： 测控技术与仪器 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 四 月 国际无损检测涡流部分（2013） 47-52页用于铁磁性管道的无损检测脉冲远场技术电讯工程学院，空军工程大学，西安71007，中国电子与信息工程学院，西安交通大学，西安，710049，中国文章资讯 摘要远场涡流（RFEC）技术是一种对测量铁磁性管道有效的方法。然而，传统的远场涡流是无法区分内部、外部缺陷和探针的长度。脉冲涡流技术激发的感应线圈使用脉冲的波形具有丰富频率。宽带激发被认为是一个潜在的提供关于缺陷的信息。在本文中，脉
2、冲远场涡流技术用于检查铁磁管。有限元分析和实验方法用于得到彻底的分析系统参数的变化影响效果。结果表明，该技术有效地结合远场涡流和脉冲激发，这不仅取得更多的检查信息，包括管内部和外部缺陷的内径测量，也降低了探头之间的功耗的优点。协定的长度仿真和实验结果表明，本发明的方法是正确的。 2012 Elsevier公司版权所有 文章历史： 2008年11月4日 收到2009年1月12日 收到修订表格2009年1月22日 接收2009年2月20日 可在线阅读关键词：脉冲远场铁磁性管无损检测 1. 简介 由于油井的工作环境恶劣，并具有生态和经济风险1，因此，无损检测是井下浇筑件非常重要检测手段。远场涡流（R
3、FEC）技术是一种检测铁磁管的有效方法，传统的RFEC技术使用正弦激励和被分离2-3个直径线圈管，其具有内部和外部缺陷相同的检测灵敏度。然而，正弦远场涡流技术有一些固有的缺点，例如，它不能区分壁厚的改变是由内部或外部的缺陷引起，以及相对高的功率消耗和较长的探头长度。 脉冲涡流（PEC）无损检测方法是近年来开发出一种新技术，该技术已被证明能够用于检测多层飞机结构2-4量化腐蚀。在本文中，PEC和RFEC的优点被组合在一起以形成脉冲远场涡流技术（PRFEC）。有关内径，壁厚，内、外部缺陷和磁路径设计的影响采用有限元法进行分析。2. PRFEC的原理 PRFEC的探针结构和现有的正弦RFEC相似，如
4、图1所示，探针由一个励磁线圈和传感线圈组成，PRFEC技术激发探头的驱动线圈具有重复的宽带脉冲，这个脉冲通常是方波。所得的瞬态电流通过在管壁的线圈感应成瞬变涡流，这与通过的高度减弱管壁磁脉冲5传播有关。因为涡电流是通过管壁流过，因此管道材料的电磁特性（渗透性和导电性）也对涡电流产生影响。3. 有限元分析为了研究（管的厚度和内径，探针的长度等）系统参数与产生的响应信号之间的关系，使用有限元分析的方法和免费软件包6FEMM进行仿真。在仿真模型中，管内径为120mm，管壁厚度为5mm，管的长度为550mm，管材料的相对磁导率r=100，电导率=5 MS m-1，励磁线圈的内径是24mm，厚度为8mm
5、，长度为80mm，圈数为1000。拾波线圈的内径是104mm，厚度为3mm，长度为2.4mm，圈数为2000。激发脉冲的幅度是48V，重复率激发为20Hz，脉冲持续时间为5ms。 拾波线圈耦合分量激励线圈涡流分量管道图1.脉冲远场涡流的原理 拾取线圈产生的电压由两部分组成，一部分（耦合分量）是直接由励磁机磁场产生，另一部分是由其他诱导涡流（涡电流分量）磁场产生7。在脉冲激励的情况下，耦合部分仅在激励电流增加或下降过程中产生。而其他时间里，所述涡流分量衰减缓慢，这些是主要的响应信号。因此，可实现“及时”去耦。在模拟分析中，分析耦合分量和涡电流分量可以量化管的参数。放大倍数波峰 图2.响应信号随壁
6、厚的变化4. 仿真结果 管的壁厚和内径，长度和探针的磁路径，缺陷的深度这些变化会影响脉冲远场涡流的传播，从而改变响应信号的特征，这些因素的影响程度采用模拟方法进行分析。 4.1. 管参数的影响效果 管的内径和壁厚的信息对于管的无损检测非常重要，因此首先分析这两个参数对瞬态响应信号的影响。如图2所示，为采用壁厚为5,7和9mm响应信号的结果。励磁线圈和拾取线圈间距为管内径的1.75倍。由图可以看出，响应信号的波峰几乎不发生变化。但过零时间与管壁厚存在着线性关系，并且随着壁厚的增加而增加。这表明过零时间可以用作特征量来量化管壁厚度。图2. 响应信号与壁厚变化的影响 图3. 响应信号与管内径变化的影
7、响 图3显示的是如何用响应信号的峰值来测量管内径，管内径为120，130和140mm得到的响应信号结果如图3所示。壁厚为5mm，励磁线圈和拾取线圈之间的距离为管内径的1.75倍。可以看出，随着管内径的增加，波峰响应信号增加，但过零时间的变化可以忽略不计。这表示波峰可被用做管内径的特征量。4.2. 探头长度的影响效果图四显示出当励磁线圈和拾取线圈之间的距离分别是1.50,1.75和2.00倍管内径时的不同响应信号。由此可以看出，该耦合成分衰减比涡流分量更快，这表明该高频成分对线圈距离变化是敏感的。这几乎不影响涡流分量，更短长度的探针可以用来设计。 图4. 不同线圈距离对响应信号的影响图5和图6显
8、示出当励磁线圈的管内径分别是24、44、64毫米时的励磁线圈电流和拾波线圈的响应信号。管内径为200毫米时，壁厚为5毫米。从图可以看出，随着励磁线圈管内径的增加，响应信号的振幅同时增加。然而，从图5也可以看出，上升沿的变化率随着内径的增加而下降。电流脉冲上升沿的变化率是非常重要的，因为它决定了激发中包含的频域成分。越高的变化率，则会有越高的高频分量产生。因而可以得到更多的诊断信息。其结果是，为了得到较强响应信号而不会降低检测灵敏度，那么增加激励电压是必须的。4.3. 磁路线的影响效果 从图2可以看出，其涡流分量在褶皱壁厚管中减弱，这表明通过厚壁传播涡流衰减严重，其结果是，响应信号的振幅被降低。
9、为了克服这个问题，一个新的使用铁氧体磁轭激励线圈被设计出，如图7所示，由于铁氧体磁芯具有高渗透性的功能，更高刺激的磁场将被收集在管壁中传播，其结果是，在同一时间的耦合成分减小，涡电流分量增加，因而，响应信号的振幅得以提高。 图5. 励磁电流与探针内径变化的影响图6. 响应信号与探针内径变化的影响 在图7中，T和H分别表示铁氧体磁芯的厚度和高度。图8表示厚度为5、15、30毫米的响应信号，其中可以看出，响应信号的振幅随铁素体磁芯的厚度增加而增加。图9显示出高度为40、45、50毫米时的响应信号，其中也可以发现，响应信号的振幅随铁素体磁芯的高度增加而增加。当厚度为30毫米、厚度为45毫米时，响应信
10、号的振幅是没有铁氧体磁芯探针的振幅的30倍。 图10表示，当励磁线圈和拾取线圈之间的距离分别是0.90,1.10和1.30倍的管内径来作为铁氧体磁轭探头的响应信号。模拟结果表明，励磁线圈和拾取线圈之间可以缩短到管内径的1.1倍。这表明，较短的探针长度设计，可以用来实现铁氧体磁轭的使用。图.7. 新的用铁氧体轭励磁线圈4.4. 内部和外部缺陷的影响效果 三个圆周槽口缺陷被模拟在外部和内部的管中，图11和图12的显示结果是放置在缺陷下方的拾取线圈，励磁线圈和拾取线圈的距离为1.75倍管内径，使用铁氧体磁轭的励磁线圈，壁厚为5毫米。它表明，缺陷的深度可以用过零时间的特征来区分，其中过零时间随着缺陷深
11、度的增加而减少。图13显示的是对于内部和外部缺陷的过零时间的变化。同时可以发现，过零时间与内部和外部缺陷的深度关系具有严格的线性关系，提取相应的特征可以量化缺陷的深度。 图.8. 响应信号与铁素体磁芯厚度变化的影响 图.9. 响应信号与铁素体磁芯高度变化的影响图.10. 响应信号与线圈距离变化之间的影响图.11. 响应信号与内部缺陷深度变化的影响图.12. 响应信号与外部缺陷深度变化的影响图.13. 过零时间与内部与外部缺陷深度的关系5. 试验结果 在这项工作中所用的脉冲远场涡流仪器包括一个脉冲发生器，功率放大器，数据采集模块和探针。图14展示了实验装置的示意图。在这套实验体系中，直接数字频率
12、合成（DDS）芯片AD7008用于产生激励脉冲。激发脉冲振幅为10V，重复频率为20Hz，脉冲间隔时间为5ms。功率放大器用来增强激励磁场。拾取线圈的瞬态信号使用数据采样在采集模块为1MHz取样率，目的是用于后处理离线记录。 励磁线圈的内径为50mm，厚度为2mm，长度为80mm,匝数为800，拾取线圈内径为90mm，厚度为3mm，长度为2.5mm,匝数为2000。 图.14. 脉冲远场涡流仪器的示意图 图.16. 不同壁厚度对响应信号的影响图.17. 不同深度的内部缺陷对响应信号的影响 图.18. 不同深度的外部缺陷对响应信号的影响 图15显示出管内径为98，103，以及108毫米，壁厚为5
13、毫米的响应信号。可以看出该响应信号的峰值随着管内径的增加而增加，但是过零时间几乎不发生改变。 图16显示出壁厚为5，7，9毫米，管内径为98毫米的响应信号。可以看出响应信号的过零时间随着壁厚的增加而增加，然而峰值依然几乎不怎么发生变化。 图17和图18显示出在管的内部和外部缺陷的结果，壁厚为5毫米，管内径为98毫米，缺陷尺寸（长宽高）：15毫米5毫米2毫米，15毫米5毫米3毫米，15毫米5毫米4毫米，检测线圈放置在缺陷的下面。可以看出响应信号的过零时间与缺陷深度存在这线性相关的关系。对于管的外部缺陷与管内部缺陷对应峰值变化，管外部缺陷对应峰值变化可以忽略。通过实验和模拟得到一般形状管。这表明，过零时间可以用作量化缺陷深度的特征量，内部缺陷和外部缺陷可用波峰特征量来区分。 传统正弦远场涡流检查技术具有一些固有的缺点，为了克服这些问题，远场涡流探针被激励陈成脉冲波形。在本文中，脉冲远场涡流技术应用于检查铁磁管。通过有限元实验进行分析系统参数对检查的影响结果的效果。模拟和实验的结果表明脉冲远场涡流技术有效地结合脉冲和远场涡流的优点，对管内径的外部缺陷和内部缺陷都具有较高的灵敏度。同时，使用铁氧体磁轭设计了一个新
