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曹經(jīng)理
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一、脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)的基本原理
脈沖渦流屬于渦流檢測(cè)（Eddy Current，簡(jiǎn)稱ET）的一個(gè)分支，其基本原理是通過(guò)在探頭加載瞬間關(guān)斷電流，激勵(lì)出快速衰減的脈沖磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以穿過(guò)一定厚度的保護(hù)層和保溫層而誘發(fā)被檢構(gòu)件表面產(chǎn)生渦流，所誘發(fā)的渦流會(huì)從上表面向下表面擴(kuò)散。同時(shí)，在渦流擴(kuò)散過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生與激勵(lì)磁場(chǎng)方向相反的二次磁場(chǎng)，在探頭的接收傳感器中會(huì)輸出這個(gè)感應(yīng)電壓（脈沖渦流信號(hào)）。如果管道上有缺陷，則會(huì)影響加載管道上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應(yīng)電壓。二次磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓包含了被測(cè)構(gòu)件本身的一些特性，如：厚度、尺寸、電磁特性等綜合信息。通過(guò)算法解析，可以掃查得到腐蝕缺陷的具體位置及嚴(yán)重程度。圖1左圖為脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)的基本原理示意圖。
脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)的核心點(diǎn)是要找到與壁厚相關(guān)的特征值，脈沖渦流信號(hào)在被測(cè)構(gòu)件中的傳遞過(guò)程中可以分為早期信號(hào)、中期信號(hào)和晚期信號(hào)（見(jiàn)圖1右圖），其中中期信號(hào)和晚期信號(hào)與壁厚相關(guān)，并遵從以下公式：
根據(jù)圖1右圖及上述公式，脈沖渦流中期信號(hào)衰減較慢，符合冪函數(shù)關(guān)系；晚期信號(hào)衰減較快，符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系。中期信號(hào)和晚期信號(hào)之間有一個(gè)過(guò)渡區(qū)間，通常被稱為拐點(diǎn)，壁厚越薄，拐點(diǎn)出現(xiàn)越早，反之則拐點(diǎn)出現(xiàn)越晚，因此，可以利用拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間（拐點(diǎn)時(shí)間）或拐點(diǎn)后的斜率來(lái)表征壁厚情況。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，拐點(diǎn)時(shí)間和拐點(diǎn)斜率不受提離（保溫層厚度）的影響，且與被測(cè)構(gòu)件的壁厚呈一定函數(shù)關(guān)系，拐點(diǎn)時(shí)間/斜率是良好的壁厚檢測(cè)特征值。
二、系統(tǒng)組成
脈沖渦流檢測(cè)系統(tǒng)由工作主機(jī)、數(shù)據(jù)終端、探頭、連接線纜及輔助設(shè)施組成。其系統(tǒng)主要組成如下（見(jiàn)圖4）：
- 系統(tǒng)：采用分體式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主機(jī)和終端處理器（防爆PAD）通過(guò)藍(lán)牙連接，更便于現(xiàn)場(chǎng)操作。
- 主機(jī)：基于標(biāo)準(zhǔn)ISO20669-2017《鐵磁性金屬部件的脈沖渦流試驗(yàn)》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28705-2012《脈沖渦流檢測(cè)方法》自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)主機(jī)系統(tǒng)，僅6.5kg，便于攜帶。
- 探頭：按管徑及保溫層厚度分為P1/P2/P3/P4四類標(biāo)準(zhǔn)探頭，其中P1和P2探頭用于裸管掃查，P3探頭用于包覆層厚度小于等于50mm的管道/設(shè)備掃查，P4探頭用于壁厚小于100mm的管道/設(shè)備掃查；四個(gè)探頭基本滿足現(xiàn)場(chǎng)需要；且可根據(jù)要求提供其它各類探頭（不銹鋼探頭/小徑管探頭/水下探頭等）。
- 數(shù)據(jù)處理終端：采用防爆型PAD，可持續(xù)工作8小時(shí)，安裝核心算法軟件及控制軟件，圖形化顯示掃查面積結(jié)果。
- 核心算法軟件：基于拐點(diǎn)時(shí)間和拐點(diǎn)斜率的核心算法軟件，有效提高算法精度。
- 其它配件：延長(zhǎng)桿及萬(wàn)向接頭，有效增加現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)范圍。
三、主要技術(shù)參數(shù)
表1 系統(tǒng)基本參數(shù)
主機(jī)重量： | 6Kg（主機(jī)） |
外殼尺寸： | 34 x 30 x 15 cm |
電池容量： | 20AH |
額定功率： | 約40 W |
傳輸方式： | 藍(lán)牙 |
工作時(shí)長(zhǎng)： | 6-8 Hour |
充電時(shí)間： | 6-8 Hour |
配件包括： | 防爆PAD、探頭、充電器、電纜、支撐工具、配件箱等 |
環(huán)境溫度： | -10℃至40℃ |
設(shè)備類型 | SJAET-II-I |
額定電壓： | 16 V |
發(fā)射電流： | 0.1-3.0 A |
電流精度： | ±1%（測(cè)試） |
供電頻率： | 1-2-4-8-16-32 Hz |
關(guān)斷時(shí)間： | 0.1μs～100.0μs |
前放增益： | 8-32 |
主放增益： | 8-16-32-64-128 |
工頻壓制： | ≥ 80 dB |
A/D位數(shù)： | 16位 |
表2 系統(tǒng)功能參數(shù)
適用設(shè)備材質(zhì)： | 碳鋼、16MnR、低碳合金鋼（Cr5Mo、19CrMo）等 |
設(shè)施壁厚范圍： | 0-40mm |
包覆層厚度： | 0-150mm（掃查精度不同） |
保護(hù)層外金屬： | 1mm厚鋁皮、0.5mm厚鍍鋅鐵皮 |
介質(zhì)工作溫度： | -150℃ 至 500℃ |
檢測(cè)小管徑： | DN25（裸管） DN100（保溫） |
同一缺陷重復(fù)性： | ±0.2mm |
同一缺陷置信度： | 裸管>95% ；保溫>85% |
環(huán)境防護(hù)等級(jí)： | PAD電器防爆，主機(jī)隔爆（內(nèi)注氮?dú)猓?/span> |
結(jié)果顯示： | 測(cè)量相對(duì)壁厚、掃查疑似缺陷具體位置 |
缺陷位置校準(zhǔn)： | 超聲波測(cè)厚儀 |
結(jié)果顯示： | 2維（B掃） |
缺陷定位： | 整十打點(diǎn)法 |
表3 設(shè)備檢測(cè)精度 （單位mm）
探頭類型 | 工作 頻率 | 探頭平均 直徑 | 足印 直徑 | 提離 高度 | 金屬損失率（減薄率） | ||||||
10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 70% | |||||
P1 | 1-4 Hz | 15 | 17.6 | 4 | 22.3 | 15.7 | 12.9 | 11.1 | 10.0 | 9.1 | 8.4 |
P2 | 1-4 Hz | 20 | 22.6 | 4 | 28.6 | 20.2 | 16.5 | 14.3 | 12.8 | 11.7 | 10.8 |
P3 | 1-4 Hz | 35 | 68 | 50 | 85 | 60 | 49 | 43 | 38 | 35 | 32 |
1-4 Hz | 100 | 100 | 126 | 89 | 73 | 63 | 57 | 52 | 48 | ||
P4 | 1-4 Hz | 40 | 73 | 50 | 92 | 65 | 53 | 46 | 41 | 37 | 35 |
1-4 Hz | 105 | 100 | 133 | 94 | 77 | 66 | 59 | 54 | 50 | ||