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1摘要：涡流无损检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，在现代工业中有着广泛的应用。脉冲涡流无损检测是在涡流无损检测技术上发展起来的一种新技术。相对于传统的涡流无损检测方法，脉冲涡流具有包含的频率分量丰富、检测信号信息量大、时域分析方便等优点，因此具有广阔的应用前景。本文围绕涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势，和脉冲涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势展开综述分析，最终确定将深层缺陷脉冲涡流无损检测电磁场理论与实验研究作为研究课题。本文由以下两部分组成：第一部分包括：1）涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）涡流无损检测的实验研究和应用；4）深层缺陷涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势。第二部分包括：1）脉冲涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）脉冲涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）脉冲涡流无损检测中的信号处理；4）脉冲涡流无损检测的实验研究和应用。通过以上综述分析，确定了将脉冲涡流无损检测作为研究课题，采用聚焦线圈与GMR（GiantMagnetoRestance）传感器相结合的脉冲涡流无损检测方法来实现深层缺陷检测。关键词：脉冲涡流；深层缺陷；聚焦线圈；GMR传感器2Abstracts:Eddycurrentnon-destructivetestingisaconventionalnon-destructivetestingmethodbasedontheelectromagnetictheory,whichhaswideapplicationsinmodernindustries.PulsedEddyCurrentTesting(PECT)isanewtechniquedevelopedonthebasisofeddycurrenttesting.Incontrasttoconventionaleddycurrentexcitation,PEChasalotofadvantages,suchasrichfrequencycomponentsandinformations,convenienttime-domainanalysis,soithaswidepotentialapplications.ThroughanalysisforresearchanddevelopmentofeddycurrenttestingandPECT,theresearchwillfocusonthetheoryandexperimentofpulsededdycurrenttestingfordeep-seatedflaws.Thepaperhastwoparts:thefirstpartincludes:1)thetheoryresearchanddevelopmenttrendsofeddycurrentnon-destructivetesting.2)thetechnologyresearchanddevelopmenttrendsofeddycurrentnon-destructivetesting.3)theexperimentalresearchandapplicationofeddycurrentnon-destructivetesting.4)theresearchanddevelopmenttrendsofdeep-seatedflaws.thesecondpartinclude:1)thetheoryresearchanddevelopmenttrendsofPECT.2)thetechnologyresearchanddevelopmenttrendsofPECT.3)thesignalprocessingofPECT.4)theexperimentalresearchandapplicationofPECT.Summaryoftheaboveanalysis,WEdeterminetotakethepulseeddycurrentnon-destructivetestingastheresearchtopic,usingthepulsededdycurrentnon-destructivetestingmethodstodetectdeep-seatedflawswithcombinationofFigure-8-shapedcoilcoilandGMR(GiantMagnetoRestance)sensor.Keywords：PEC;deep-seatedflaws;Figure-8-shapedcoilcoil;GMRsensor3文献概述涡流无损检测理论研究是涡流无损检测技术的基础，在涡流无损检测理论研究方面，无缺陷状态的涡流电磁场解析解被推导出，采用数值计算软件，有缺陷状态的涡流电磁场各场量被计算出；为了实际应用的快速方便，还从“路”的角度得出了涡流电磁场的简化等效变压器模型，并且研究了该模型的适用范围。随着涡流无损检测技术的广泛应用，涡流无损检测技术得到了很大的发展，各种磁敏感元件被用于涡流无损检测中，针对单一频率激励不能适应不同深度缺陷检测的问题，变频、混合多频的方法被采用来探测不同深度的缺陷，人们还将远场涡流应用到管道的无损检测中。为了更好地使用涡流无损检测技术，人们做了大量的涡流无损检测实验，各个影响因素的影响被得到；涡流无损检测技术在现代工业中有着广泛应用，常被用于材质分选、无损探伤、飞机维修检查等。涡流无损检测技术一般用于表面和近表面缺陷的检测，为了适应深层涡流检测的需要，可以采用低频的方法提高涡流的透入深度，采用聚焦线圈将能量更加集中，还可采用一些敏感度高、方向性好磁敏感元件来检测有深层缺陷引起的微弱的磁场分量。脉冲涡流无损检测技术是在涡流无损检测基础上发展起来的新兴技术。相对于传统的涡流无损技术，脉冲涡流无损技术具有频率成分丰富，便于时域分析，检测信号中所含信息丰富等优点。在脉冲涡流电磁场理论研究方面，推导出解析解具有唯一性和稳定性；脉冲涡流瞬态电磁场的各个场量也通过数值软件被精确求得；电磁场问题分为正问题和逆问题，正问题是已知介质分布和源求场量，而逆问题就是已知场量分布求源或介质分布，对于涡流检测就是由检测到信号得到缺陷分布，在逆问题研究方面很多方法被采用，由于逆问题的复杂性和检测到信号所带有的信息较少等原因，逆问题还有待进一步研究。在脉冲涡流无损检测技术的仿发展方面除了和涡流无损检测技术一样采用不同磁敏感元件外，还可采用窄脉冲的方法将反射场与入射场在时间上相分离，提高检测信号的抗干扰能力，还可采用不同的探头结构测量特定方向上的分量已屏蔽其它方向分量的干扰。脉冲涡流检测信号的信号处理包括去噪和特征提取，去噪是去除信号中的噪音干扰，特征提取是由信号中提取所需的信息，用于逆问题的求解。为了更好地使用应用涡流无损检测技术，实验研究被广泛展开，由实验得到了脉冲涡流无损检测4影响因素的影响、缺陷几何特征与检测信号的关系以及缺陷截面几何形状与检测信号的关系。5基本研究现状与发展趋势第一部分、涡流无损检测技术研究现状与发展趋势涡流检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，具有以下优缺点。优点：1）不需接触，无需耦合介质，所以检测速度快；2）对表面或近表面缺陷有很高的灵敏度；3.检测信号为电信号，检测信号的处理方便；4.由于无需耦合介质，所以可在高温状态下进行检测。缺点：1.被测对象必须是导电材料；2.渗透深度随频率变化，激励频率高是被测试件表面涡流密度大，检测灵敏度高，但涡流渗透深度低；随着激励频率的降低，涡流渗透深度增加，但表面涡流密度下降，检测灵敏度降低[1]。1.涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势针对涡流电磁场的理论研究，人们分别从场和路的角度提出了不同的研究方法。从“场”的角度，采用解析方法得出了无缺陷状态解析解的表达式，采用数值方法得出各种缺陷状态下涡流电磁场的场量；从“路”的角度，将涡流无损检测的单线圈阻抗分析等效为变压器模型。1.1.涡流电磁场解析解涡流电磁场解析解的求解对于电磁场理论的发展和涡流无损检测技术的实际用用有着重要的意义，为此人们作出了大量的研究，取得了不少成果。。参考文献[2]研究了轴对称涡流场的解析解问题，得出了线圈阻抗的一般表达形式，解决了线圈轴线与平板导体表面垂直和线圈与圆柱导体共轴的涡流问题。参考文献[3]给出了涡流无损检测线圈阻抗解析解和采用有限元软件ANSYS得到的数值解，并对这两种方法得到的解进行了比较。1.2.涡流电磁场的数值解涡流电磁场的解析解的形式优美，能准确计算场量的大小，并可以反映各参数对计算结果的影响，但该方法一般只用于边界区域简单的电磁场；而数值计算方法可以用于边界区域复杂的电磁场的求解但计算结果存在一定的偏差。有缺陷状态下电磁场的边界区域非常复杂，一般采用数值的方法求解。常用于电磁场数值计算的软件有ANSYS和ANSOFT。参考文献[4]运用了有限元分析软件ANSOFT中的MAXWELL-3D对导电结构缺陷的三维电磁场进行了仿真分析,得到有缺陷和无缺陷情况下的1000多个点磁感应强度B的幅值和相位的变化情6况。参考文献[2]运用有限元分析软件ANSYS对轴对称二维涡流场进行仿真得到了涡流无损检测线圈的阻抗值。1.3等效变压器模型传统的涡流无损检测大多采用单一线圈作为电涡流传感器，通过分析线圈的阻抗来得到被检测试件的信息。有缺陷状态下，线圈几何结构和边界条件复杂，解析方法和数值方法求解都比较复杂，为了求解线圈阻抗的简单快速，很多著作[1,5~7]都把探头线圈和被测体中磁场的相互作用等效为变压器中初级线圈和次级线圈间的相互作用，其中，探头线圈被看成变压器初级线圈，被测体中涡流环被看成次级线圈，模型如图1所示。图1：涡流检测线圈变压器等效模型参考文献[7]对涡流检测线圈的等效变压器模型的适用性进行了深入的研究，该文献首先对电涡流传感器变压器型等效电路进行分析，得出在该等效电路下线圈电阻和感抗与提离高度之间的关系；然后，采用理论计算法得出典型的非磁性材料和铁磁性材料被测体作用下线圈阻抗与提离高度之间的关系，与由等效电路得出的关系进行比较，得出不同材料对该等效电路的适用性，并研究了被测体厚度对线圈阻抗的影响；最后，对得出的结论给出了详细分析。结果表明，当被测体为非磁性材料时，变压器型等效电路普遍适用，当被测体为铁磁性材料时，变压器型等效电路不适用。同时，在进行线圈阻抗求解时，必须保证被测体厚度大于其中涡流贯穿深度的20%。1.4.磁化铁心等效为电流源模型探头周围涡流场分布对改进检测仪的设计、提高检测精度具有指导意义。为便于理论计算，通常以空心线圈为模型。但是，空心线圈产生的磁场较弱，因此被测试件中的涡流也较弱，信噪比较低，一般不能满足实际应用中检测精度的要求。为了增大探头的阻抗信号，提高信噪比，通常采用含有软磁介质的线圈作为检测探头，从而使检测信号增大近百倍。磁介质的磁化较为复杂，具有很强的7非线性，使理论计算非常困难。参考文献[8]根据磁体磁化的安培分子电流假说,利用磁介质的磁化原理,引入了等效线圈的概念来简化处理磁芯的作用。在简化处理中考虑各向同性的线性铁磁介质在交变磁场的作用下具有巴克豪森效应、磁滞后效应,使相对磁导率变的复杂得多。虽然巴克豪森效应使介质中磁场发生跳跃式变化,但从总体效果上看,它对阻抗幅值的总体影响不大，故不加考虑。由于磁滞后效应，各向同性的线性铁磁介质在交变磁场的作用下磁导率为复数磁导率。2.涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势2.1.传感器的研制传统的涡流无损检测方法通常采用单一线圈，通过测量线圈的阻抗变化来得到被测试件的信息,有的采用检测线圈与激励线圈相分离，测量检测线圈的感应电压也就是检测线圈匝链的磁通变化。上述方法都只能测量到一个方向的磁感应强度或其变化，而且检测的空间灵敏度还受到了线圈尺寸的限制。可以使用一些磁敏感元件来代替检测线圈。常用的磁敏感元件有霍尔效应传感器、磁通门传感器、磁阻传感器(MR)、巨磁阻传感器