CN112034037B - 一种多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多类型缺陷的新型涡流同步检测方法及探头，属于电磁无损检测技术领域。采用绕制在同一个环形线柱上的第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组组合激励，在材料不同部位分别产生垂直、水平及倾斜方向的涡流；在第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组中分别通以大小和相位均不相等的同频率正弦交变电流；利用采集元件采集材料中的裂纹及分层缺陷信号，根据信号对材料中裂纹及分层缺陷的位置和尺寸大小进行判定。本发明具有检测效率高、探测深度大的优点，通过采用圆心角为60度第一螺线管扇形绕线组和圆心角为290度的第二螺线管扇形绕线组组合激励，在特定部位感应出特定流动方向的涡流，实现了对裂纹和分层缺陷的同步检测。

Description

一种多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头
技术领域
本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及一种适用于核电及其他重要工业领域缺陷检测的涡流传感器，尤其涉及一种多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头。能有效识别金属材料中的开口深裂纹及分层缺陷，可为核电设备及工业大型厚壁构件实时定量检测和结构强度判断提供技术支持。
背景技术
涡流检测方法广泛应用于用于石油化工、电力冶金等行业，以及航空航天、核电设备等重要领域，对于保障设备运行安全、评定设备寿命、降低设备维护成本等具有重要意义。
涡流检测方法使用激励线圈在试件中感应出旋涡状的交变电流，通过线圈的阻抗信号变化来判断缺陷的位置和大小。涡流检测方法具有非接触、检测速度快的特点和浅裂纹定量方面的优势，是一种对表面和近表面缺陷进行定量无损评价的有效方法。由于集肤效应的限制，涡流被限制在导体表面及近表面，制约涡流渗透深度的因素有激励频率、激励电流大小以及材料的电磁特性等。
但是，由于受涡流集肤效应的限制，常规的涡流探头仅适用于检测浅表层的裂纹，无法检测到较深的裂纹，也无法检测平行于材料表面的脱粘、分层等平面型缺陷。
增加涡流探头的穿透能力常采用低频激励、远场涡流以及脉冲涡流。低频激励及远场涡流采用低频来增大涡流渗透深度，但会导致探头分辨率低、信噪比低、检测速度低，并引发探头的速度效应和检测信号分辨困难等问题。脉冲涡流利用多频信号检测缺陷，相对于传统涡流检测具有一定优势。但脉冲涡流信号在产生、传输及接收过程中，会受到噪声污染，所采用的霍尔元件灵敏度不高，分辨率易受偏移量和噪声影响。
超声方法可检测夹层等平面型缺陷，但不易检查形状复杂的工件，且存在检测盲区，对距离材料表面距离太近的分层缺陷无法检测。要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合，电磁超声通过电磁效应实现换能，不需要耦合剂，也不需要对工件表面进行预处理，但电磁超声的转换效率低，接收到的超声波信号幅值小，对周围环境噪声敏感度高, 接收信号常被淹没在噪声中，辐射模式较宽, 能量不集中。
CN201910282331.1的发明公开了一种钢材表面探伤用涡流探头，包括检测线圈、激励线圈、接线柱、插座、探头壳体，激励线圈与检测线圈固定在探头壳体内，激励线圈水平设置，检测线圈垂直设置在激励线圈上方，检测线圈为两个以上，检测线圈沿激励线圈的中心轴轴向均布，检测线圈缠绕在多棱柱结构上，检测线圈相互间串联，检测线圈、激励线圈分别引出两根信号线，信号线与接线柱连接，接线柱固定在插座内。优点是：可检测平面上0～90°的各方向缺陷。但是其依然主要用于检测表面缺陷，能检测的缺陷深度仅有1.5mm，无法检测深层缺陷；其检测线圈垂直设置在激励线圈上方，所测得的信号相对较小。
CN201210538859.9的发明公开了一种电涡流探头，该电涡流探头用于检测金属管道内部表面裂纹等缺陷。该电涡流探头由激励线圈阵列和检测线圈阵列组成，激励线圈阵列由与圆柱面垂直的圆周向线圈和通过圆柱轴所在平面的矩形线圈组成。检测线圈阵列分布于探头圆柱表面，位于圆周向和轴向检测线圈之间。检测线圈通过感测圆周向激励线圈产生的磁通受到圆周向裂纹扰动而产生的变化，可检测圆周向裂纹。检测线圈通过感测轴向激励线圈产生的涡电流受到圆周向裂纹扰动而产生的变化，也可检测圆周向裂纹。检测线圈通过感测圆周向激励线圈产生的涡电流受到轴向裂纹扰动而产生的变化，可检测轴向裂纹，通过探头沿管道方向扫查可以检测导电管道表面多个方向不同裂纹缺陷的存在，并可根据各检测线圈所获得的缺陷信号特征来判断裂纹数量、方向及长、宽、深度等形状信息。该发明尚存在如下不足：(1)该发明仅适用于金属管道内表面缺陷的检测，无法用于平板表面缺陷检测；(2)所检测裂纹都是浅表裂纹，无法检测深层缺陷及裂纹；(3)所检测缺陷类型仅为周向、轴向裂纹，无法检测任意方向的裂纹。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可检测金属材料中存在的裂纹及分层缺陷的涡流检测方法和探头，利用两个扇形螺线管线圈组合激励，在材料的不同部位产生不同流向的涡流，来实现裂纹和分层缺陷的同步检测，以解决上述背景技术中提出的问题。
与现有技术相比，本发明重点解决以下技术问题：(1)传统涡流探头所产生的涡流渗透深度过小，难以检测到深裂纹及分层缺陷的问题；(2)超声探头需要耦合剂，存在分层缺陷检测盲区的问题；(3)涡流、超声等传统检测方法无法同时检测多种缺陷类型的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多类型缺陷的涡流同步检测方法，按如下步骤操作。
S1. 组合激励：采用绕制在同一个环形线柱上的第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组组合激励，在材料不同部位分别产生垂直和水平方向的涡流，或在某个位置处产生倾斜方向的涡流。从而实现裂纹和分层缺陷的同步检测，达到同时检测两种不同类型的缺陷的目的。
S2. 增大涡流渗透深度：在第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组中分别通以大小和相位均不相等的同频率正弦交变电流，使得其在材料表面所产生的涡流反向叠加抵消，材料内部的涡流密度相对变大。以增大涡流渗透深度，从而达到获取深裂纹及深层缺陷信号的目的。
S3. 多类型缺陷检测：保持第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组与采集元件相对位置不变；沿S形扫查路径对整个材料表面进行扫查检测，扫查时，使呈线性排列的第一螺线管扇形绕线组、第二螺线管扇形绕线组及采集元件，和扫查路径共线，沿扫查路径进行扫查；利用采集元件采集材料中的裂纹及分层缺陷信号，根据信号的位置及大小对材料中裂纹及分层缺陷的位置和尺寸大小进行判定；通过改变激励频率，改变探头的检测深度，实现对不同深度裂纹及分层缺陷的检测。从而消除超声检测分层缺陷时存在检测盲区的问题。
进一步，在步骤S1中，所述第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组同心，半径大小相等，圆心角不等。
进一步，在步骤S3中，所述采集元件为一至多个普通圆形线圈。优选的，所述普通圆形线圈数量为一个或两个。
本发明的多类型缺陷的涡流同步检测方法的主要技术参数包括：螺线管尺寸、螺线管扇形绕线组的圆心角、激励频率，以及两个扇形绕线组中的激励电流大小比例和相位差。螺线管尺寸、扇形绕线组的圆心角及激励频率、激励电流大小和相位直接影响材料中涡流渗透深度的大小及涡流的流动方向。在一定激励频率下，通过调整激励电流的大小比例和相位差，可达到提高涡流渗透深度的效果。
优选的，在步骤S1中，所述第一螺线管扇形绕线组的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组的圆心角为290度；在步骤S2中，所述第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度时。可达到最佳检测效果。
在此基础上，进一步的技术方案是：一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，包括激励元件、检测元件及固定安装架。
所述激励元件包括均匀绕制在同一个环形线柱上的第一螺线管扇形绕线组、第二螺线管扇形绕线组；所述固定安装架包括线圈安装柱、固定连接在线圈安装柱顶端的桥接板以及固定连接在线圈安装柱下端向外侧水平伸出的侧臂；所述第一螺线管扇形绕线组、第二螺线管扇形绕线组连同环形线柱整体套装在线圈安装柱上；所述桥接板上设置有扫查架安装孔，所述桥接板通过扫查架安装孔可拆卸安装在扫查架上。
进一步，所述第一螺线管扇形绕线组的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组的圆心角为290度；所述第一螺线管扇形绕线组和第二螺线管扇形绕线组激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度。
进一步，所述检测元件包括第一检测线圈，所述第一检测线圈均匀绕制在第一柱形线柱上，所述第一柱形线柱固定安装在侧臂上方，轴线保持垂直。
进一步， 所述检测元件还包括第二检测线圈，所述第二检测线圈均匀绕制在第二柱形线柱上；所述线圈安装柱下部设置有向下开口的第二检测线圈安装槽，所述第二检测线圈连同第二柱形线柱整体嵌装在第二检测线圈安装槽内，轴线保持水平。
进一步，所述第二检测线圈安装槽开口处可拆卸安装有封装底板，用于将第二检测线圈封闭安装在第二检测线圈安装槽内。
进一步，所述第二检测线圈位于第一螺线管扇形绕线组、第二螺线管扇形绕线组的中心位置。
进一步，所述检测元件还包括第三检测线圈，所述第三检测线圈均匀绕制在第三柱形线柱上，所述第三柱形线柱通过第三线柱安装板固定安装在侧臂上方，轴线保持水平。
进一步，所述第一螺线管扇形绕线组、第二螺线管扇形绕线组、第一检测线圈、第二检测线圈和第三检测线圈均由漆包线绕制而成。
进一步，所述激励元件及侧臂上方裸露部分罩设安装有线圈保护罩，用于封闭、保护激励元件、第一检测线圈和第三检测线圈；所述线圈保护罩包括罩体部和前鼻部，所述罩体部罩设在激励元件上方，所述前鼻部罩设在侧臂上方；所述罩体部上方设置有供桥接板穿过，且与线圈安装柱适配安装的罩体通孔。
进一步，所述激励元件、检测元件均呈线性排列。具体的，所述第一检测线圈和第三检测线圈、第一螺线管扇形绕线组、第二检测线圈、第二螺线管扇形绕线组呈线性排列。
进一步，所述第一检测线圈、第二检测线圈和第三检测线圈均为圆形；相应的，所述第一柱形线柱、第二柱形线柱和第三柱形线柱均为圆柱形。
进一步，所述固定安装架由PVC材料制成。
本发明的有益效果。
1、本发明的多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头具有检测效率高、探测深度大的特点，通过两个螺线管扇形绕线组输入不同大小及相位差的激励电流，在材料中感应出具有较大穿透能力的涡流，对深裂纹和深层缺陷均能进行有效检测。附图中的三种实例结果表明，使用本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头检测，可使涡流在SUS304不锈钢中的渗透深度最大可达到25mm左右。
2、本发明的多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头，通过使用两个螺线管扇形绕线组的组合形式，可在特定部位感应出特定流动方向的涡流，以实现对裂纹和分层缺陷的同时检测。
3、本发明的多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头，在材料中产生的涡流渗透深度较大，所获得的深裂纹检测信号信噪比较大。以涡流密度峰值为基准计算标准渗透深度，渗透深度可达到常规均匀涡流探头的3.2倍左右。
4、本发明的多类型缺陷的涡流同步检测方法及探头，通过调整激励频率大小，本发明的涡流检测方法及探头可调整涡流渗透深度的大小，使得涡流可检测深层及浅层的裂纹及分层缺陷，避免了超声检测分层缺陷时，存在检测盲区的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1涡流同步检测探头的工作原理图。
图2为本发明实施例1涡流同步检测探头的装配图。
图3a为本发明实施例1涡流同步检测探头的爆炸图。
图3b为本发明实施例1涡流同步检测探头的可视底面爆炸图。
图4为本发明实施例2涡流同步检测探头的爆炸图。
图5为本发明实施例1、2涡流同步检测方法的扫查方案图。
图6a为实施例3中现有技术的常规圆形涡流探头感应的涡流密度图。
图6b为实施例3中本发明涡流同步检测探头感应的涡流密度分布-X分量。
图6c为实施例3中本发明涡流同步检测探头感应的涡流密度分布-Y分量。
图6d为实施例3中本发明涡流同步检测探头感应的涡流密度分布-Z分量。
图7a为实施例4中本发明涡流同步检测探头在px=0mm处分层缺陷的检测结果。
图7b为实施例4中本发明涡流同步检测探头在px=22mm处裂纹的检测结果。
图8a为实施例5中本发明涡流同步检测探头在px=11mm处分层缺陷的检测结果。
图8b为实施例5中本发明涡流同步检测探头在px=11mm处裂纹的检测结果。
图中零部件、部位及编号：1-激励元件、10-环形线柱、11-第一螺线管扇形绕线组、12-第二螺线管扇形绕线组；2-检测元件、21-第一检测线圈、211-第一柱形线柱、22-第二检测线圈、221-第二柱形线柱、23-第三检测线圈、231-第三柱形线柱、232-第三线柱安装板；3-固定安装架。31-线圈安装柱、311-第二检测线圈安装槽、32-桥接板、321-扫查架安装孔、33-侧臂；4-封装底板；5-线圈保护罩、51-罩体部、511-罩体通孔、52-前鼻部；61-分层缺陷、62-裂纹。
实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，但本发明的内容并不局限于此。
实施例1：
传统的圆形涡流线圈在材料中感应的涡流主要是平行于材料表面流动的，因此传统的涡流探头只能检测到垂直于材料表面的浅裂纹，而无法检测和材料表面平行的分层缺陷。
本发明的一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，如图1所示，其工作原理为：本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头由第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12组合激励。为了削弱涡流集肤效应导致的探头检测深度浅的局限，在第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12中分别通入大小和相位不同的激励电流，来增大涡流的渗透深度，并且还可在材料的不同部位产生流动方向不同的涡流。在第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的中心处A产生的涡流主要是竖直流向的，在远离线圈的部位C处产生的涡流主要是沿水平方向流动，而在离线圈较近的位置B处产生的涡流流向则是斜向的。经过上述配置的激励元件1，其产生的涡流具有较大的穿透深度，可在上述相应位置处放置相应的检测元件，用于检测深层裂纹和分层缺陷。
如图2、图3a、图3b所示，本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头，包括激励元件1、检测元件2及固定安装架3。所述激励元件1包括均匀绕制在同一个环形线柱10上的第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12；所述固定安装架3包括线圈安装柱31、固定连接在线圈安装柱31顶端的桥接板32以及固定连接在线圈安装柱31下端向外侧水平伸出的侧臂33；所述第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12连同环形线柱10整体套装在线圈安装柱31上；所述桥接板32上设置有扫查架安装孔321，所述桥接板32通过扫查架安装孔321可拆卸安装在扫查架上。
所述第一螺线管扇形绕线组11的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组12的圆心角为290度；所述第一螺线管扇形绕线组11和第二螺线管扇形绕线组12激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度。
所述检测元件2还包括第一检测线圈21、第二检测线圈22，所述第一检测线圈21均匀绕制在第一柱形线柱211上，所述第一柱形线柱211固定安装在侧臂33上方，轴线保持垂直；所述第二检测线圈22均匀绕制在第二柱形线柱221上；所述线圈安装柱31下部设置有向下开口的第二检测线圈安装槽311，所述第二检测线圈22连同第二柱形线柱221整体嵌装在第二检测线圈安装槽311内，轴线保持水平。所述第二检测线圈安装槽311开口处可拆卸安装有封装底板4，用于将第二检测线圈22封闭安装在第二检测线圈安装槽311内。所述第二检测线圈22位于第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的中心位置。
所述第一检测线圈21和第一螺线管扇形绕线组11、第二检测线圈22、第二螺线管扇形绕线组12呈线性排列，均由漆包线绕制而成。
所述激励元件1及侧臂33上方裸露部分罩设安装有线圈保护罩5，用于封闭、保护激励元件1、第一检测线圈21。所述线圈保护罩5包括罩体部51和前鼻部52，所述罩体部51罩设在激励元件1上方，所述前鼻部52罩设在侧臂33上方；所述罩体部51上方设置有供桥接板32穿过，且与线圈安装柱31适配安装的罩体通孔511。
所述第一检测线圈21、第二检测线圈22均为圆形；相应的，所述第一柱形线柱211、第二柱形线柱221均为圆柱形。
所述固定安装架3由PVC材料制成。
在此基础上，本实施例的多类型缺陷的涡流同步检测探头的安装使用方法，按如下步骤操作。
S1. 安装激励元件1：将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12均匀绕制在同一个环形线柱10上，第一螺线管扇形绕线组11的圆心角为60度，第二螺线管扇形绕线组12的圆心角为290度；然后将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12连同环状线柱整体穿过固定安装架3的桥接板32，套装在线圈安装柱31上，并轴线保持垂直；安装好线圈保护罩5。
S2. 安装检测元件2：将第一检测线圈21均匀绕制在第一柱形线柱211上，将第一柱形线柱211固定安装在侧臂33上方，轴线保持垂直，使第一检测线圈21和第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的下表面位于同一平面内；将第二检测线圈22均匀绕制在第二柱形线柱221上；将第二检测线圈22连同第二柱形线柱221整体嵌装在第二检测线圈安装槽311内，轴线保持水平，第二检测线圈22和环形线柱10的轴线保持垂直；安装封装底板4以封闭检测线圈安装槽。所述第二检测线圈22位于第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的中心位置。第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12、第一检测线圈21、第二检测线圈22之间位置关系固定。
S3.涡流检测探头安装：分别将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的引线连接至交流电源，在第一螺线管扇形绕线组11和第二螺线管扇形绕线组12中分别通以大小和相位均不相等的同频率正弦交变电流，使得其在材料表面所产生的涡流反向叠加抵消，材料内部的涡流密度相对变大；分别将第一检测线圈21、第二检测线圈22的引线连接至示波器；再将整个涡流检测探头通过桥接板32上的扫查架安装孔321安装在扫查架上。
S4.检测：如图5所示，将整个探头沿S形扫查路径对整个材料表面进行扫查检测；扫查时，应使所述第一检测线圈21和第一螺线管扇形绕线组11、第二检测线圈22、第二螺线管扇形绕线组12呈线性排列，和扫查路径共线，沿扫查路径进行扫查；当材料中存在裂纹62时，第一检测线圈21检测到裂纹62信号；当材料中存在分层缺陷61时，第二检测线圈22检测到分层缺陷61信号；根据裂纹62及分层缺陷61信号的大小，即可对材料中深裂纹62及分层缺陷61的位置和尺寸大小进行判定。
实施例2：
如图2、图4所示，本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头，包括激励元件1、检测元件2及固定安装架3。所述激励元件1包括均匀绕制在同一个环形线柱10上的第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12；所述固定安装架3包括线圈安装柱31、固定连接在线圈安装柱31顶端的桥接板32以及固定连接在线圈安装柱31下端向外侧水平伸出的侧臂33；所述第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12连同环形线柱10整体套装在线圈安装柱31上；所述桥接板32上设置有扫查架安装孔321，所述桥接板32通过扫查架安装孔321可拆卸安装在扫查架上。
所述第一螺线管扇形绕线组11的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组12的圆心角为290度；所述第一螺线管扇形绕线组11和第二螺线管扇形绕线组12激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度。
所述检测元件2为第三检测线圈23，所述第三检测线圈23均匀绕制在第三柱形线柱231上，所述第三柱形线柱231通过第三线柱安装板232固定安装在侧臂33上方，轴线保持水平。
所述第三检测线圈23和第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12呈线性排列，均由漆包线绕制而成。
所述激励元件1及侧臂33上方裸露部分罩设安装有线圈保护罩5，用于封闭、保护激励元件1、和第三检测线圈23。
所述第三检测线圈23为圆形；相应的，所述第三柱形线柱231为圆柱形。
所述固定安装架3由PVC材料制成。
在此基础上，本实施例的多类型缺陷的涡流同步检测探头的安装使用方法，按如下步骤操作。
S1. 安装激励元件1：将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12均匀绕制在同一个环形线柱10上，第一螺线管扇形绕线组11的圆心角为60度，第二螺线管扇形绕线组12的圆心角为290度；然后将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12连同环状线柱整体穿过固定安装架3的桥接板32，套装在线圈安装柱31上，并轴线保持垂直；安装好线圈保护罩5。
S2. 安装检测元件2：将第三检测线圈23均匀绕制在第三柱形线柱231上，将第三柱形线柱231通过第三线柱安装板232固定安装在侧臂33上方，轴线保持水平，并和环形线柱10的轴线保持垂直。第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12、第三检测线圈23之间位置关系固定。
S3.涡流检测探头安装：分别将第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12的引线连接至交流电源，在第一螺线管扇形绕线组11和第二螺线管扇形绕线组12中分别通以大小和相位均不相等的同频率正弦交变电流，使得其在材料表面所产生的涡流反向叠加抵消，材料内部的涡流密度相对变大；将第三检测线圈23的引线连接至示波器；再将整个涡流检测探头通过桥接板32上的扫查架安装孔321安装在扫查架上。
S4.检测：如图5所示，将整个探头沿S形扫查路径对整个材料表面进行扫查检测；扫查时，应使所述第三检测线圈23和第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12呈线性排列，和扫查路径共线，沿扫查路径进行扫查；当材料中存在裂纹62或分层缺陷61时，第三检测线圈23即可检测到裂纹62，也可检测到分层缺陷61信号；根据裂纹62及分层缺陷61信号的大小，即可对材料中深裂纹62及分层缺陷61的位置和尺寸大小进行判定。
实施例3：
通过试验，对比本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头和现有技术的常规圆形涡流探头的渗透深度。
具体试验参数及结果如下。
A. 现有技术的常规自发自收式圆形涡流探头配置：
A1.激励线圈基本尺寸：
外半径Ro=10mm、内半径Ri=5mm、高H=10mm
A2.激励频率：f=1kHz
A3.激励电流：I=1A
A4.激励线圈提离距离：L=0.5mm
B. 本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头配置：
B1.绕制在同一个环形线柱10上的第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12基本尺寸：外半径Ro=10mm、内半径Ri=5mm、高H=10mm、绕线厚度t=1mm、第一螺线管扇形绕线组11的圆心角θ1=60°，第二螺线管扇形绕线组12的圆心角θ2=290°
B2.激励顿率：f=1kHz
B3.激励电流大小之比：1.25，激励电流相位差：△φ=305°
B4.提离距离：L=0.5mm。
C. 检测效果：
图6a-图6d分别为1kHz频率激励时，现有技术的常规圆形涡流探头和本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头的涡流密度分布曲线图。
图6a表明，现有技术的常规圆形涡流探头感应的涡流密度的分量Jx和Jy都很大，而垂直方向的分量Jz很小。因此，传统的线圈只能用来检测裂纹62。
图6b-图6d表明，本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头感应的涡流密度的y分量最小，其最大值只有x、z分量最大值的1/10左右。在px=0mm处，z分量最大；在px=22mm处，x分量最大；在px=8和px=11mm处，x分量和z分量都较大。因此px=0处适合检测分层缺陷61，px=22mm处适合检测裂纹62；px=8和px=11mm处能同时到检测裂纹62和分层缺陷61。
标准渗透深度是指当涡流沿材料深度方向的大小为表面大小的37%时对应的深度。
根据标准渗透深度的定义，本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头所产生的涡流z分量在px=0mm处，渗透深度能达到24mm；在px=11mm附近，能达到25mm；在px=22mm的较远处，能达到23mm；本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头所产生的涡流x分量在px=22mm处的渗透深度能达到7mm，而现有技术的常规圆形涡流探头也仅能达到7.2mm。本发明的多类型缺陷的涡流同步检测探头在x方向的渗透深度和现有技术的常规圆形涡流探头相当，在z方向的渗透深度是现有技术的常规圆形涡流探头的3.2倍。
实施例4：
通过试验，考察本发明实施例1的多类型缺陷的涡流同步检测探头的检测效果，结果如下。
A. 本发明实施例1的多类型缺陷的涡流同步检测探头配置：
A1.绕制在同一个环形线柱10上的第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12基本尺寸:外半径Ro=10mm、内半径Ri=5mm、高H=10mm、绕线厚度t=1mm、第一螺线管扇形绕线组11的圆心角θ1=60°，第二螺线管扇形绕线组12的圆心角θ2=290°
A2.激励频率：f=1kHz
A3.激励电流大小之比：I1/I2=1.25，激励电流相位差：△φ=305°
A4.提离距离：L=0.5mm
A5.第一检测线圈21和第二检测线圈22基本尺寸：外半径ro=3.2mm，内半径ri=2.2mm，高h=0.8mm，测点位置px=0mm，px=22mm。
B. 检测效果：
图7a为测点px=0mm处对分层缺陷61的检测结果，图7b为测点px=22mm处对裂纹62的检测结果。可见，阻抗信号随着裂纹62及分层缺陷61深度的变化而变化。在测点px=0mm处可分辨出深度达28mm左右的分层缺陷61，在测点px=22mm处可分辨出深度达20mm左右的裂纹62。
实施例5：
通过试验，考察本发明实施例2的多类型缺陷的涡流同步检测探头的检测效果，结果如下。
A. 本发明实施例2的多类型缺陷的涡流同步检测探头配置：
A1.绕制在同一个环形线柱10上的第一螺线管扇形绕线组11、第二螺线管扇形绕线组12基本尺寸:外半径Ro=10mm、内半径Ri=5mm、高H=10mm、绕线厚度t=1mm、第一螺线管扇形绕线组11的圆心角θ1=60°，第二螺线管扇形绕线组12的圆心角θ2=290°
A2.激励频率：f=1kHz
A3.激励电流大小之比：I1/I2=1.25，激励电流相位差：△φ=305°
A4.提离距离：L=0.5mm
A5.第三检测线圈23基本尺寸：外半径ro=3.2mm，内半径ri=2.2mm，高h=0.8mm，测点位置px=11mm。
B. 检测效果：
图8a为测点px=11mm处对分层缺陷61的检测结果，图8b为测点px=11mm处对裂纹62的检测结果。可见，阻抗信号随着裂纹62及分层缺陷61深度的变化而变化。在测点px=11mm处，通过阻抗信号的幅值可以区分深度为20mm的开口裂纹62及深度28mm左右的分层缺陷61。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明的权利范围。任何以本申请专利范围所涵盖的权利范围而实施的技术方案，或者任何熟悉本领域的技术人员，利用上述揭示的方法内容做出许多可能的变动和修饰的方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多类型缺陷的涡流同步检测方法，其特征在于：按如下步骤操作：
S1. 组合激励：采用绕制在同一个环形线柱(10)上的第一螺线管扇形绕线组(11)和第二螺线管扇形绕线组(12)组合激励，在材料不同部位分别产生垂直、水平及倾斜方向的涡流；
S2. 增大涡流渗透深度：在第一螺线管扇形绕线组(11)和第二螺线管扇形绕线组(12)中分别通以大小和相位均不相等的同频率正弦交变电流；
S3. 多类型缺陷检测：保持第一螺线管扇形绕线组(11)和第二螺线管扇形绕线组(12)与采集元件相对位置不变；沿S形扫查路径对整个材料表面进行扫查检测，扫查时，使呈线性排列的第一螺线管扇形绕线组(11)、第二螺线管扇形绕线组(12)及采集元件，和扫查路径共线，沿扫查路径进行扫查；利用采集元件采集材料中的裂纹(62)及分层缺陷(61)信号，根据信号出现的位置及大小对材料中裂纹(62)及分层缺陷(61)的位置和尺寸大小进行判定；通过改变激励频率，改变探头的检测深度，实现对不同深度裂纹(62)及分层缺陷(61)的检测；
在步骤S1中，所述第一螺线管扇形绕线组(11)的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组(12)的圆心角为290度；在步骤S2中，所述第一螺线管扇形绕线组(11)和第二螺线管扇形绕线组(12)激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度。
2.如权利要求1所述的一种多类型缺陷的涡流同步检测方法，其特征在于：在步骤S2中，所述采集元件为一至多个普通圆形线圈。
3.一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，包括激励元件(1)、检测元件(2)及固定安装架(3)；所述激励元件(1)包括均匀绕制在同一个环形线柱(10)上的第一螺线管扇形绕线组(11)、第二螺线管扇形绕线组(12)；所述固定安装架(3)包括线圈安装柱(31)、固定连接在线圈安装柱(31)顶端的桥接板(32)以及固定连接在线圈安装柱(31)下端向外侧水平伸出的侧臂(33)；所述第一螺线管扇形绕线组(11)、第二螺线管扇形绕线组(12)连同环形线柱(10)整体套装在线圈安装柱(31)上；所述桥接板(32)上设置有扫查架安装孔(321)，所述桥接板(32)通过扫查架安装孔(321)可拆卸安装在扫查架上；
所述激励元件(1)、检测元件(2)均呈线性排列；所述第一螺线管扇形绕线组(11)的圆心角为60度，所述第二螺线管扇形绕线组(12)的圆心角为290度；所述第一螺线管扇形绕线组(11)和第二螺线管扇形绕线组(12)激励电流大小比例保持在1 ~1.5倍，相位差保持在290~350度。
4.如权利要求3所述的一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，其特征在于：所述检测元件(2)包括第一检测线圈(21)和第二检测线圈(22)；所述第一检测线圈(21)均匀绕制在第一柱形线柱(211)上，所述第一柱形线柱(211)固定安装在侧臂(33)上方，轴线保持垂直；所述第二检测线圈(22)均匀绕制在第二柱形线柱(221)上；所述线圈安装柱(31)下部设置有向下开口的第二检测线圈安装槽(311)，所述第二检测线圈(22)连同第二柱形线柱(221)整体嵌装在第二检测线圈安装槽(311)内，轴线保持水平。
5.如权利要求4所述的一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，其特征在于：所述第二检测线圈安装槽(311)开口处可拆卸安装有封装底板(4)。
6.如权利要求3所述的一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，其特征在于：所述检测元件(2)为第三检测线圈(23)，所述第三检测线圈(23)均匀绕制在第三柱形线柱(231)上，所述第三柱形线柱(231)通过第三线柱安装板(232)固定安装在侧臂(33)上方，轴线保持水平。
7.如权利要求4或6所述的一种多类型缺陷的涡流同步检测探头，其特征在于：所述激励元件(1)及侧臂(33)上方裸露部分罩设安装有线圈保护罩(5)；所述线圈保护罩(5)包括罩体部(51)和前鼻部(52)，所述罩体部(51)罩设在激励元件(1)上方，所述前鼻部(52)罩设在侧臂(33)上方；所述罩体部(51)上方设置有供桥接板(32)穿过，且与线圈安装柱(31)适配安装的罩体通孔(511)。
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