高性能涡流检测传感器的研制

    采用外穿式涡流检测法进行管棒材检测,具有检测速度快、容易实现自动化的优点。但对不同规格的管棒材进行检测时,需要配制相应尺寸的传感器。西北锆管有限责任公司生产的是核用锆合金管棒材,为了保证产品的质量,提高涡流检测可靠性,开展了适于公司现有进口仪器的高性能涡流检测传感器的研制工作。

1　传感器的设计与制作

1.1　理论分析[1]

    涡流检测是以电磁感应原理为基础的。在利用外穿式线圈进行管材涡流检测时,一般影响检测线圈信号的主要因素有缺陷、电导率、内径、壁厚、检测频率和填充系数。影响检测可靠性的干扰因素主要有管材的物理性能、几何尺寸变化、管材不直度和机械振动,以及现场的电网波动、空间的电磁干扰等。要可靠地进行管材检测,除合理地选择激励频率进行信号分析处理,采取有效措施抑制干扰因素外,还必须提高涡流检测线圈对缺陷因素的灵敏度。因此,保证检测灵敏度和可靠性是设计和制作高性能涡流检测线圈的关键所在。  

1.2　性能要求

    用于涡流检测的传感器主要有两个功能。一是激励功能,建立一个能在试件中感生出涡流的交变磁场;二是测量功能,测量出带有试件质量信息的涡流磁场及其变化。

    根据核用锆合金管材涡流检测灵敏度要求,和公司现有涡流仪器等特定条件,所研制的传感器应有以下特点和要求:

    (1)传感器能与进口涡流仪器STATO2GRAPH ECM2.841的阻抗相匹配。

    (2)试件在无缺陷时,测量线圈输出电压(即零电势)应≤20 mV。

    (3)在100 kHz的激励频率和12 m/min检测速度的条件下,对10 mm×0.7 mm锆合金管材上制作的0. 30 mm径向通孔人工缺陷检测信噪比S/N≥3(即≥10 dB)。

    (4)线性度好,可识别和分辨0.40,0.35,0.30和0.25 mm的单壁通孔信号。(5)对管材几何尺寸微小变化及运动中管材抖动干扰信号有较好的抑制效果。

1.3　人工缺陷标样准备

    为了测试自制和原装传感器性能(灵敏度、同心度和线性度),在10 mm×0.7 mm锆合金管材上制作了两种类型人工缺陷标样。1号标样加工有三个0.30 mm通孔、周向按120°分布,轴向孔距均为200 mm;2号标样加工有0.40,0.35,0.30,0.25和0.20 mm五个通孔,轴向间距均为200 mm。

1.4　传感器的制作工艺流程

    车制线圈骨架→绕线→零电势调整→灵敏度校核→封装→联机试验。

1.5　制作中的技术措施

    (1)线圈结构的选择　为了提高检测灵敏度及抑制几何尺寸变化干扰信号的能力,选用了一种新型的自比差动穿过线圈,即在常规差动绕组线圈上又增加了两个差动线圈。