渦流探傷儀設(shè)計(jì)方案

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、渦流檢測原理 、渦流檢測原理渦流檢測就是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，將正弦波電流激勵探頭線圈，當(dāng)探頭接近金屬表面時，線圈周圍的交變磁場在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于平板金屬，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。同時渦流也產(chǎn)生相同頻率的磁場，其方向與線圈磁場方向相反。 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，遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時，使得渦流磁場對線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無缺陷或其它物理性質(zhì)變化1.2、渦流檢測儀的基本組成 、渦流檢測儀的基本組成渦流檢測系統(tǒng)通常分為三個部分：激勵信號發(fā)生單元、磁場測量單元和信號采集單元，不同的渦流檢測儀又依據(jù)對探頭的輸出信號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、信號發(fā)生器 、信號發(fā)生器信號源作為現(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。渦流檢測中激勵信號的穩(wěn)定性對整個檢測系統(tǒng)的有效工作起著十分關(guān)鍵的作用，信號不穩(wěn)定會使后續(xù)處理十分困難，甚至直接影響檢測的結(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)了信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)。2.1.1AD9850 芯片AD9850 是美國 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 在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控制字之

5、后就可產(chǎn)生一個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 整流電路信號發(fā)生器 隔直濾波放大電路探頭 放大電路SPGA 自動增益放大器輸出顯示大器在一般渦流檢測中，可選 C1= 10uF，R1 = 1.5kQ，R2=5kQ，Rf 為 50kQ 可調(diào)的變阻器，此時阻帶截止頻率為 10．

6、6 Hz，增益為 0dB 到 20dB 可調(diào)。2.2 測試探頭 測試探頭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電磁效應(yīng)來完成測量的，所以其前端只能為非金屬材料．通過對不同材料的比較，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，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?。姕u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)線的直徑可對線圈的內(nèi)阻 R1 產(chǎn)生影響，從而對傳感器的溫度穩(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，可通過改變傳感器探頭線圈導(dǎo)線的直徑來進(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量線圈的形

9、狀和大小．如果線圈外徑大，線圈的線性范圍就相應(yīng)增大，但是線圈的靈敏度會降低；如果線圈外徑小，線圈的線性范圍就會減小，但靈敏度會有所提高．線圈的內(nèi)徑一般對線性范圍和靈敏度的影響不大．線圈厚度較小時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)簡單，可以繞成一個扁平圓形線圈，粘貼于框架上，也可以在框架上開一條槽，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)氧樹脂對線圈進(jìn)行整體封．在高溫情況下，線圈的電阻有一定的變化，被測導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)也會有所變化，為了提高電渦流傳感器的溫度穩(wěn)定性，傳感器采用兩個完全相