基于LabVIEW的脉冲涡流检测系统

　　计算机技术的飞速发展,极大地促进了检测技术和检测仪器的革新,虚拟仪器技术应运而生。虚拟仪器是一种计算机仪器系统,它利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,用以控制底层硬件,并利用强大的软件来完成信号的采集、分析、显示和存储。

　　脉冲涡流检测采用周期性脉冲作为激励。由于脉冲包含很宽的频谱,因而脉冲涡流检测的响应包含多个频率信息[1],可克服传统涡流检测时穿透深度浅的缺点,实现对物体内部的检测。

　　传统涡流法是观察检测线圈的阻抗变化,以判断是否存在缺陷;脉冲涡流法则是检测感应电压的瞬态变化。这时当脉冲信号输入激励线圈时,激励线圈产生的磁场会在被测试件中产生涡流,从而使检测线圈感应出瞬态电压(图1)。

　　涡流检测中缺陷深度越深,相位滞后越明显。因此,表面和近表面缺陷对该瞬态信号的前半段影响较大,而对后半段影响较小;深层缺陷则恰好相反。脉冲涡流检测中常采用信号峰值和峰值对应时刻这两个特征参数来量化缺陷。其中,信号峰值与缺陷大小有关,缺陷越大,峰值越高;同时,该峰值也取决于缺陷所在深度。峰值对应时刻取决于磁场的穿透路径,即缺陷所在的位置。但磁场穿透路径和峰值对应时刻之间并非线性关系,缺陷所在位置越深,相应的暂态信号的峰值对应的时刻越靠后。传统涡流检测装置需配置不同的传感器和不同频率的激励信号,以检测试样中不同深度的缺陷。而脉冲涡流检测方法无需根据检测深度更换传感器和改变激励信号的频率,一次激励便可检测出试样中不同深度的缺陷。

　　2　检测系统总体设计

　　脉冲涡流检测系统由硬件和软件组成。硬件包括计算机、涡流检测电路、数据采集卡以及传感器。其中涡流检测电路包含了激励源、可调增益放大、包络检波和滤波等模块。检测系统的总体框图如图2。

　　计算机是整个检测系统的核心。传感器输出信号经过涡流检测电路的处理后,通过数据采集卡进入计算机,最终在计算机屏幕上显示出来。

　　2.1　激励源

　　激励源主要由NE555芯片、电位器、开关二极管和电容组成。图3中脉冲的占空比和频率均设计

　　为连续可调,电位器RP1调节脉冲的低电平时间(即脉冲周期),电位器RP2调节脉冲的高电平时间(即脉宽),脉冲频率设置为1~10 kHz,占空比为2%~15%可调。脉冲信号的自身功率不足以触发传感器的谐振,需要脉冲驱动电路来完成能量供给,其主要由PNP型的9012和NPN型的9013三极管和大容量的电解电容组成,其中三极管的开关状态由脉冲发生电路控制。当控制脉冲为高电平时,9013导通,同时9012也导通,通过开关二极管向激励线圈注入电流;当控制脉冲为低电平时,9013关断,进而9012也关断,同时由于开关二极管的存在,使得激励线圈中的能量与外界隔绝,产生自激振荡。