杨凌晔1张小垒2
1.上海华捷检测工程技术有限公司上海200000；2.新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院新疆830000
摘要：石化管道在使用过程中受到各种因素的干扰会出现缺陷，无损检测的使用能够及时准确的发现缺陷，进而采取处理措施，本文选择使用脉冲涡流这种新兴的无损检测技术对其进行检测，因它的激励信号是一种占空比和频率均可调的脉冲方波信号，含有丰富的频谱信息，因此具有很大优势。
关键词：脉冲涡流检测；化管道检测；原理；应用
引言
无损检测技术是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性己得到世界公认。涡流检测技术作为五大常规无损检测方法之一，近年来在仪器和检测技术方面都得到了长足的进步，在各个工业领域都发挥着越来越重要的作用。涡流检测与其他几种方法相比，具有检测速度快、灵敏度高、无污染、非接触等优点。
一、脉冲涡流检测的基本原理
涡流检测是以法拉第电磁感应定律为基础的无损检测技术。给线圈通入交变电流，交变的电流会产生变化的磁场，当金属导体靠近它时，切割磁感线，金属导体表面就会产生感应涡流，被测物体感应涡流的大小和分布受线圈参数的影响，也受自身性质（电导率、磁导率、缺陷）的影响，两者之间的距离变化也会使涡流发生变化。涡流又会产生变化的反向磁场，作用于线圈，引起线圈的阻抗（电压、电流）发生变化。通过检测线圈阻抗（电压、电流）的变化量，或者其磁场的变化量，进一步得到被测物体的信息。
当给线圈加脉冲激励时，交变电流会产生快速衰减的磁场H1，衰减的磁场遇到导体试件时，试件会切割磁感线而感应出瞬时脉冲涡流，并向试件内部传播，瞬时涡流又会产生与H1方向相反的瞬时磁场H2，H2的大小与涡流的大小有关。瞬时涡流大小主要取决于被测导体试件自身的物理因素（磁导率、电导率、尺寸、形状、缺陷等）以及被测试件与激励线圈的距离d、线圈的激励频率等。激励线圈的等效阻抗因受涡流产生的反向磁场的影响而发生改变，由检测线圈或者磁传感器进行检测并转化成电压输出。检测原理框图如图1所示。
图1脉冲涡流检测原理框图
涡流检测技术对各种类型的导电金属材料物体都适用，比如刚、铁、铜及合金。检测的时候无需使线圈和物体直接接触，它也不会像射线那样对人体产生伤害，具有很高的检测速度。这种传感器的灵敏度通常都比较高，抵抗外界干扰的能力强，长期工作的时候也能表现出很好的工作性能。
二、脉冲涡流检测技术在石化管道检测中的应用
1、铁磁性试验管道
磁性材料的组成成分包括了铁磁性物质与亚铁磁性物质，当外加磁场存在时，会使磁性材料产生相应的磁化强度和磁感应强度。随着外加磁场的强度变化，产生具有曲线特征的磁化曲线。磁化曲线有着非线性的特点，以磁饱和现象与磁滞现象为主要特征。对于铁磁性物质来说，即便是很微小的磁场作用下，也容易进入到磁饱和的状态。磁化强度与磁场强度，可以用复杂的非线性函数关系来描述。当温度过高时，由于受到晶体热运动的影响，破坏了相邻原子磁矩的定向排列，容易导致铁磁性消失。在实验中，采用铁磁性的小口径管道，用于输油管道的模拟。试验所用的管道试件，严格按照《承压设备无损检测》中的相关标准规定，作为全面检测和评价被测试件的重要依据。
2、探头传感器的仿真模拟
管道试件内部的检测，是通过探头传感器完成的。脉冲涡流检测系统所使用的探头传感器，主要包括了两个部分，即激励线圈和检测线圈，彼此之间保持着一定的距离，并且用连接杆固定以增加其牢固性。图2为探头传感器结构示意图，由于管道内部的干扰较多，容易影响到检测的结果，需要在线圈之间采取屏蔽措施，以去除管道内部的磁场。
图2探头传感器结构示意图
查阅中外相关文献资料中，关于探头部分的记录，确定激励线圈与检测线圈的尺寸参数。采用专业的ANSYS仿真软件，能够实现相关数据的交换共享，可以用于模拟仿真探头传感器的材料特性，以及各个部位的相关参数。根据仿真的结果，来进行探头的制作，并通过实际试验中验证其可行性。仿真中主要设置的参数，包括了管道、激励线圈、激励信号、以及磁导率。完成建模与参数设置后，还需要进行网格划分。根据网格的密集与稀疏程度，从而得到磁场分布的状况。
3、数据的采集与处理
检测信号被线圈接收后，需要经过放大处理，然后被送到软件平台上。该环节的数据采集工作由数据采集卡来完成，并在上位机上显示结果。而信号放大后，经常会出现不稳定的情况，需要加入滤波环节来去除干扰，以确保信号的纯度与数据采集结果的准确性。数据采集包括了采样的速率、频率与通道，以及极值电压等信息，需要设置通道选择、采样点数、采样频率、极限电压值等参数。而滤波的方式可分为两种，即硬件滤波和软件滤波。其中，硬件滤波中的电路搭建较为简单，所使用的器件种类也相对较少，且容易实现理想的滤波效果，但在精度方面欠佳。软件滤波的精确度虽然更高，滤波的效果也较好，但其算法设计复杂、工作量大，成本较为昂贵。考虑到脉冲涡流管道检测系统的功能特点，以及实际使用环境的需求，应选用软件滤波的方式。
结语
脉冲涡流系统检测，对于管道的缺陷有着较高的灵敏度，充分的反映在了检测信号波形图上。相比于无伤区域的数据，缺陷处附近的检测数据，有着明显的变化幅度。在管道表面有缺陷的区域，采用脉冲涡流系统检测时，峰值电压增大、过零时间减少。但缺陷深度增加时，相应的管壁厚度会减小，峰值电压还将进步增高，过零时间也会越来越少，二者之间存在着定的数量关系。被检测区域的管道表面，其实际厚度的变化，都可以通过检测数据的变化体现出来。检测系统不仅可以完成管道表面缺陷的检测工作，在系统的稳定性、检测数据的真实性等方面，都能够达到较为理想的效果。
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