渦流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)【開題報(bào)告】

1、<p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p><b>　　渦流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　專業(yè)：電子信息工程</b></p><p>　　綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　作為新興檢測(cè)技術(shù)的一種，電渦流

2、檢測(cè)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，其基本理論是通過(guò)對(duì)處于探頭線圈形成的電磁場(chǎng)中的被測(cè)體（必須為金屬導(dǎo)體）及其周圍空間區(qū)域列出麥克斯韋方程及邊界條件，然后進(jìn)行求解，以確定探頭線圈的阻抗特性（或感應(yīng)電壓）的變化與被測(cè)體各影響因素之間的關(guān)系。電渦流檢測(cè)是近年來(lái)發(fā)展快速的一項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它同磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、滲透檢測(cè)一起和稱為五大無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。同其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，電渦流檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、無(wú)污染、操作方便等特點(diǎn)，因此受到無(wú)損檢測(cè)工

3、作者的青睞。</p><p>　　1.渦流檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　早在19世紀(jì)初期，法國(guó)科學(xué)家傅科就在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了渦流現(xiàn)象。休斯，在1879年，首先利用渦流檢測(cè)對(duì)不同金屬和合金進(jìn)行了判斷。但是由于各種試驗(yàn)參數(shù)對(duì)渦流檢測(cè)的影響，該技術(shù)發(fā)展緩慢。真正在理論和實(shí)踐上完善渦流檢測(cè)技術(shù)的是德國(guó)的福斯特博士，他提出的以阻抗分析法來(lái)抑制渦流檢測(cè)儀中的干擾因素，為渦流檢測(cè)機(jī)理的分析和設(shè)備

4、提供了理論依據(jù)。在我國(guó)，渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與研究可追朔到60年代，但是渦流檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到推廣應(yīng)用的第一個(gè)高潮卻是在70年代末和80年代初。同時(shí)許多有價(jià)值的研究論文，如“渦流檢測(cè)的有限元模型和表面渦流探頭的有限元分析”和“不銹鋼管表面缺損渦流檢測(cè)信號(hào)的仿真計(jì)算”等也被發(fā)表出來(lái)。目前，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究已接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平，推動(dòng)了我國(guó)渦流檢測(cè)理論的發(fā)展。電渦流檢測(cè)的主要技術(shù)如下：</p><p>　?。?）脈沖渦流

5、檢測(cè)技術(shù) </p><p>　　70年代中后期，脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)(Pulsed Eddy Current)在世界范圍內(nèi)得到廣泛地研究。脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)最早是20世紀(jì)50年代由密蘇里大學(xué)的DonaldWaidelich研究，脈沖渦流地激勵(lì)電流為一個(gè)脈沖，通常為具有一定占空比地方波，施加在探頭尚的激勵(lì)方波會(huì)感應(yīng)出脈沖渦流在被測(cè)體中的傳播。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此脈沖渦流又會(huì)感應(yīng)出一股快速衰減的磁場(chǎng)，隨著感生磁場(chǎng)的衰減，檢

6、測(cè)線圈上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓。由于脈沖包含很寬的頻譜，感應(yīng)的電壓信號(hào)中就包含重要的深度信息。</p><p>　?。?）多頻渦流檢測(cè)技術(shù)</p><p>　　多頻渦流技術(shù)是Libby（美）于l970年首先提出的。該方法采用幾個(gè)頻率同時(shí)工作，能成功地抑制多個(gè)干擾因素，提取有用信號(hào)。70年代后期國(guó)外就已成功應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行核電站蒸汽發(fā)生器管道的在役檢查。</p><p

7、>　　80年代初，我國(guó)引進(jìn)了多頻渦流檢測(cè)設(shè)備，并開展了自行設(shè)計(jì)研制工作。MFE-1型三頻渦流儀是我國(guó)（上海材料所）研制的首臺(tái)多頻渦流設(shè)備，儀器采用三個(gè)不同的工作頻率作差分測(cè)量，有三個(gè)混合單元作模擬運(yùn)算，能有效地抑制蒸發(fā)汽管上支撐板的信號(hào)及凹痕信號(hào)，并用阻抗圖顯示多通道測(cè)量結(jié)果。90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)先后研制出多種類型的多頻渦流儀。如EEC-36、EEC-38、EEC-39（愛(ài)德森公司）等。我國(guó)多頻渦流檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用已基本達(dá)到國(guó)際

8、同類水平。</p><p>　?。?）遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)</p><p>　　遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)是一種能穿過(guò)金屬管壁的低頻渦流檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)用一個(gè)激勵(lì)探頭線圈和一個(gè)距激勵(lì)探頭線圈約二倍管內(nèi)徑的較小的測(cè)量探頭線圈同時(shí)放入被檢管內(nèi)時(shí)，測(cè)量探頭線圈能有效地接收穿過(guò)管壁后返回管內(nèi)的磁場(chǎng)，從而檢測(cè)管子內(nèi)壁缺陷與腐蝕。</p><p>　　我國(guó)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的研究始于80年末，南京航

9、空航天大學(xué)提出的用“擴(kuò)散能量法”來(lái)闡述遠(yuǎn)場(chǎng)渦流現(xiàn)象的概念已受到國(guó)內(nèi)外的普遍重視和認(rèn)同。并在有限元數(shù)值仿真、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭性能指標(biāo)分析及檢測(cè)系統(tǒng)的研制等方面都取得了重要的研究成果，為推廣這一先進(jìn)技術(shù)起了先導(dǎo)作用。90年代初期，我國(guó)開始推出了商品化的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀器，其中ET-556H多頻遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀（廈門電大工業(yè)檢測(cè)所）和EEC-39RFT四頻遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀（愛(ài)德森公司）已用于化工煉油設(shè)備的鋼質(zhì)熱交換管和電廠高壓加熱器鋼管的在役探傷。</p&g

10、t;<p>　　2.電渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向</p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，渦流檢測(cè)技術(shù)也必將有很大發(fā)展，今后的發(fā)展方向?yàn)槿缦聨追矫妫?lt;/p><p>　?。?）傳感器的理論研究尚不充分。傳感器能適應(yīng)檢測(cè)對(duì)象對(duì)磁場(chǎng)、渦流分布的要求，因此對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)的性質(zhì)研究，將是傳感器從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)走向定量設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。</p><p>　?。?）大力研

11、究和發(fā)展成像技術(shù)。渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷狀態(tài)的三維評(píng)價(jià)是產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的必然要求。因此渦流檢測(cè)三維成像技術(shù)是今后要求的發(fā)展方向。</p><p>　?。?）遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)給人們提出了另一個(gè)新的理論問(wèn)題，即間接耦合磁場(chǎng)和擴(kuò)散波的波動(dòng)特性統(tǒng)一問(wèn)題及常規(guī)渦流與遠(yuǎn)場(chǎng)渦流理論統(tǒng)一的問(wèn)題。</p><p>　?。?）渦流檢測(cè)對(duì)金屬材料表面電磁性能非常敏感，通過(guò)對(duì)金屬材料表面渦流效應(yīng)與材料表面性能間關(guān)系的研

12、究分析，可實(shí)現(xiàn)金屬材料表面質(zhì)量的評(píng)價(jià)。因此，應(yīng)用渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展、開裂、金屬加工中的磨削燒傷及殘余應(yīng)力的研究將更多地引起人們的關(guān)注，并可望得到突破性的進(jìn)展。</p><p>　?。?）高度智能化表現(xiàn)在具有良好的用戶友好界面，它能開機(jī)后自檢，用菜單選擇儀器測(cè)試參數(shù)，可調(diào)用或可存儲(chǔ)儀器設(shè)定參數(shù)以及與主計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　（6）數(shù)據(jù)庫(kù)及自動(dòng)識(shí)別功能

13、。未來(lái)的檢測(cè)儀器的一個(gè)很重要的進(jìn)步是具有對(duì)被測(cè)對(duì)象缺陷進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別以及對(duì)被檢對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)價(jià)的功能。這種儀器需要有比較完備的數(shù)據(jù)庫(kù)和專家評(píng)價(jià)系統(tǒng)。</p><p>　　（7） 渦流檢測(cè)信號(hào)對(duì)金屬材料表面疲勞裂紋的擴(kuò)展、開裂、機(jī)械加工磨削燒傷及殘余應(yīng)力非常敏感，因此可對(duì)加工過(guò)程及使用狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。預(yù)測(cè)材料質(zhì)量、預(yù)報(bào)材料壽命以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的研究己引起了人們的興趣，并可望得到突破性的進(jìn)展。</p>

14、;<p><b>　　3.論文的研究意義</b></p><p>　　目前電渦流傳感器大都采用電橋法、正反饋法和諧振法等調(diào)制方式。這些調(diào)制方式簡(jiǎn)單，只是簡(jiǎn)單提取信號(hào)的幅值或相位，無(wú)法滿足復(fù)雜檢測(cè)的需要，同時(shí)測(cè)量電路對(duì)被測(cè)體電磁特性具有強(qiáng)烈的依賴性，嚴(yán)重限制了傳感器的使用范圍。</p><p>　　對(duì)如何消除渦流檢測(cè)中被測(cè)體電磁特性影響研究很少。渦流檢測(cè)中

15、被測(cè)體的電磁特性對(duì)傳感器輸出產(chǎn)生很大影響，而且隨著渦流檢測(cè)技術(shù)在工程應(yīng)用中的日益廣泛，這一問(wèn)題也日益突出。</p><p>　　據(jù)資料顯示，對(duì)于不同的常見金屬材料，其輸出靈敏度的變化可達(dá)45%；對(duì)于同種材料，由于生產(chǎn)商或批號(hào)的不同，也可達(dá)到5%~10%的輸出靈敏度變化。渦流檢測(cè)在工程實(shí)際中當(dāng)被測(cè)對(duì)象的材料特性變化時(shí)，傳感器就要重新標(biāo)定；當(dāng)被測(cè)對(duì)象的電磁特性在測(cè)試過(guò)程中隨機(jī)變化時(shí)，傳感器就無(wú)法正常使用。從需求的角度

16、，需要一種采用普通材料進(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)即可廣泛使用的電渦流傳感器問(wèn)世。 </p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：</p><p>　　1.電渦流傳感器新型測(cè)量電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在已提出的消除電渦流傳感器對(duì)被測(cè)材料敏感的理論基礎(chǔ)上，為傳感器設(shè)計(jì)新的測(cè)量電路原理。新的測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)了從電路中提取探頭線圈的阻抗實(shí)部和虛部?jī)蓚€(gè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生輸出電壓，

17、從而達(dá)到消除被測(cè)材料影響的目的。</p><p>　　2.電渦流傳感器新型電路的仿真與優(yōu)化</p><p>　　對(duì)所設(shè)計(jì)好的新型電路各模塊，通過(guò)Multisim仿真軟件，檢查各模塊電路所實(shí)現(xiàn)的功能。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)部分電路中的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。最終達(dá)到了較為理想的效果。</p><p>　　三、研究步驟、方法及措施：</p><p>　　

18、1.收集資料了解主要理論原理和技術(shù)。</p><p>　　2.具體研究消除被測(cè)材料對(duì)電渦流傳感器輸出影響的方法，進(jìn)行與被測(cè)材料無(wú)關(guān)的電渦流傳感器的功能電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　4.全文進(jìn)行總結(jié)，并提出對(duì)今后工作的展望。</p><p><b>　　四、參考文

19、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]何金田.傳感器技術(shù)(上、下冊(cè))[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004:1-10.</p><p>　　[2]何希才,薛永毅,姜余祥.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2005:1-15.</p><p>　　[3]黃平捷,吳昭同,嚴(yán)仍春.多層厚度電渦流檢測(cè)阻抗模型仿真及驗(yàn)證[J].儀器儀表

20、學(xué)報(bào).2004.25(4):24-28.</p><p>　　[4]Clauzon T,Thollon F,Nicolas A.Flaws Characterization with Pulsed Eddy Currents NDT[J].IEEE Transactions on Magnetics.1999.35(3):1873-1876.</p><p>　　[5]游鳳荷.渦流檢測(cè)技術(shù)

21、的某些新進(jìn)展[J].無(wú)損檢測(cè),2001,23(2)：70-73</p><p>　　[6]Atherton D.L.Romote Field Eddy Current Inspection[J].IEEE Transactions on Magnetics.</p><p>　　1995.31(6):4142-4147.</p><p>　　[7]美國(guó)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì).

22、美國(guó)無(wú)損檢測(cè)手冊(cè)(電磁卷)[M].世界圖書出版社.1996:1-296.</p><p>　　[8]任吉林.渦流檢測(cè)技術(shù)近20年的進(jìn)展[J].無(wú)損檢測(cè).1998.22(5):121-128.</p><p>　　[9]許永興.電磁場(chǎng)理論及計(jì)算[M].同濟(jì)大學(xué)出版社.1994.12</p><p><b>　　五、研究工作進(jìn)度：</b></

23、p><p>　　2010.11.10——2011.01.10 查找文獻(xiàn)，了解渦流檢測(cè)電路原理和仿真器。</p><p>　　2011.03.22——2011.04.25 設(shè)計(jì)出電渦流傳感器測(cè)量電路，并仿真分析。</p><p>　　2011.04.26——2011.05.20 對(duì)設(shè)計(jì)仿真的渦流檢測(cè)電路進(jìn)行整理修改使其完善，開始論文初稿。</p>&