阵列涡流成像技术数值仿真及应用.pdf

阵列涡流成像技术数值仿真及应用

周建平[1]安海春[2]白小宝[3]江运喜[3]

1、上海航天精密机械研究所,上海201600

2、四川材料与工艺研究所，江油621700

3、矩阵科技有限公司，北京100102

摘要：阵列涡流检测技术因为可以根据工件外形来设计探头，检测方式灵活、多变，并
能将检测结果成像显示，成为了涡流检测的发展趋势。数值仿真方法可以对实际检测情形进
行模拟，辅助检测工艺的制定，提高检测的准确性。

关键词：阵列涡流数值仿真

THENUMERICALSIMULATIONANDAPPLICATIONSOF

EDDYCURRENTARRAYIMAGINGTECHNOLOGY

ZhouJianping[1],AnHaichun[2]Bai,Xiaobao[3],JiangYunxi[3]

1、ShanghaiAerospacePrecisionMachineryResearchInstitute，Shanghai，201600

2、SichuanInstituteOfMaterialsandTechnology，Jiangyou，621700

3、MatrixU/ETechnologiesLtd，Beijing，100102

Abstract：Astheeddycurrentarraytestingtechnologycandesignprobesaccordingtotheshape
ofthetestpiece,detectflexiblyandimagingtheresult,soitbecomesthetrendofeddycurrenttesting.
Numericalsimulationmethodcansimulatetheactualtestcases,helptoestablishthedetection
technologyandimprovetheaccuracyoftesting.
Keywords：EddyCurrentArray,NumericalSimulation

一．前言

常规涡流检测作为五大常规检测方法之一，主要用于导电材料的表面及近表面缺陷检

测，因为不需要耦合且对工件表面状况要求较低的特点，使其在各领域中都有广泛的应用[1]。
但是对于复杂形貌工件的检测，因为结构的限制，常规涡流检测不仅费时费力，有时还可能
根本无法应用。
阵列涡流检测技术是近年来随着计算机技术和数字信号处理技术的发展而出现的新无
损检测方法，该技术是通过涡流线圈结构的特殊设计，并借助于计算化的涡流仪强大的分析、
计算和处理功能，实现对工件的快速、灵活检测。其优点是：1.检测探头覆盖区域大，检
测效率高；2.检测探头有多个独立的线圈排列而成，对于不同方向的线性缺陷具有一致的
检测灵敏度；3.根据被检零件的尺寸和形面进行探头外形设计，可直接与被检测零件形成

良好的电磁耦合，不需要设计、制作复杂的机械扫查装置。[2]
二．阵列涡流检测方法

阵列涡流检测技术与常规涡流检测相比，阵列涡流探头是由多个独立工作的线圈组成，
这些线圈按照特殊的方式排布，且激励和检测线圈之间形成两种相互垂直的电磁场传递方

式，有利于发现取向不同的线形缺陷；[2]通过分时切换以及使用多路器，各线圈的信号可以
分开传入仪器，有效的避免了不同线圈间的互感。
涡流检测的渗透深度可由公式1计算得到，与材料属性和探头频率有关，常规涡流检测
中探头的频率是一定的，所以当材料确定后，其渗透深度就是固定的，而阵列涡流探头则可
在一定频率范围内激发，所以可根据检测需求来在一定范围内调节检测频率以达到不同的渗
透深度。

….……………………………………………(1)
上式中，δ是渗透深度，μ是材料的磁导率，σ是材料电导率，f是激发频率。
涡流阵列探头在设计时需要考虑线圈数量、排列方式、灵敏度等因素，以发射/接收式
探头为例，如果采用图1a中的单排零度角排列方式，则会获得较大的覆盖面积，但是在探头
长度方向上其灵敏度并不一致，极大值与极小值有明显的差距，见图1b。

a．单排零度角排列方式b.探头长度方向上的检测灵敏度
图1单排零度角排列发射/接收式阵列涡流探头示意
如果将线圈排列方式更改为双排零度角排列，见图2a，虽然覆盖面积减小，但是分辨率
明显提高，探头长度方向上的灵敏度也比较均匀，极大值与极小值的差距明显减小，见图2b。

a．双排零度角排列方式b.探头长度方向上的检测灵敏度
图2双排零度角排列发射/接收式阵列涡流探头示意
如果将线圈排列方式更改为单排30度角排列，见图3a，与单排零度角排列相比，覆盖面
积不变，但是分辨率明显提高，探头长度方向上的灵敏度也比较均匀，极大值与极小值的差
距明显减小，见图