探伤仪桥路设计及仿真分析

　　0 引言

　　涡流探伤是涡流检测的一个重要应用， 基本原理是利用激励线圈使导电材料中产生漩涡状电流， 该涡电流产生的磁场反过来影响检测线圈的阻抗，使其发生变化，通过对检测线圈的阻抗变化来判断出被测试件有无缺陷。 利用涡流探伤方法能够发现导电材料的表面和近表面缺陷， 被广泛的应用于导电材料构件的裂纹、 气孔、 腐蚀等缺陷的探测，特别是对一些重要在役构件的检测。 由于涡流探伤方法具有简便、无污染、不需使用耦合剂、易于实现高速自动化检测等优点，发展前景十分广阔[1-3]。

　　探伤仪是基于涡流检测原理研制的仪器设备， 用于检测导电材料的质量，有无缺陷以及有关缺陷的各项信息。 智能型探伤仪可以根据缺陷的信息对被测试件的性能以及剩余寿命等进行评估，减少危害的发生[4]。 实际应用中，在对被测导体进行检测时，探头以一定的速度移动，根据涡流变化的波形可以得到有关缺陷的位置、种类、形状、长度等信息[5-6]。值得注意的是，垂直于涡电流流向的裂纹阻挡了它的流动，使工件上反射磁场随之发生变化， 进而导致检测线圈阻抗和电压改变而被探测出; 如果裂纹的走向与涡电流的方向平行，缺陷很难被发现。 因此，一般涡流检测时必须从多个方向进行检测。

　　在涡流检测中， 被测参数变化会引起检测线圈的等效电感和等效阻抗的变化[7]。 由于检测线圈的感应电压的变化量远远小于感应电压，受放大器动态范围的限制，为防止放大器的输出失真， 就需要将感应电压平衡抵消而仅仅对感应电压的变化量进行输出、放大。 一般采用电桥电路用来作为信号检出电路。

　　1 电桥的原理

　　电桥是一种比较式电路，结构简单，准确度和灵敏度比较高，在检测仪器设备中起着至关重要的作用。 电桥的质量直接影响到检测系统的可靠性，稳定性以及灵敏度。电桥电路可以根据需要设计成平衡电桥和不平衡电桥两种。 通过不平衡电桥可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范围扩展到很多领域， 在实际的工程测量中不平衡电桥已经得到了广泛的应用。

　　为了将感应电压平衡抵消而只对感应电压的变化量进行输出和放大，普遍采用的是不平衡电桥法，常用的电桥如图 1 所示。

　　由图 1 可知，AB 间的输出电压为

　　因为作为电桥桥臂的检测线圈含有电抗部分， 所以要求阻抗的幅值和相位必须同时都满足公式(3)。 当桥路平衡时， 一旦被检导体的磁导率等性能发生改变或者导体内部有缺陷时，检测线圈的阻抗发生变化，电桥失去平衡，有电压输出。 例如，Z2作为导体检测线圈，被检导体发生变化，其阻抗变化为 Z2+△Z2。 此时电桥的电压输出值为