摘 要：本文通过对脉冲涡流检测技术进行研究，设计并实现了一套完整的脉冲涡流检测系统。在对检测信号进行分析处理的基础上，实现了对缺陷的定量检测，并通过进一步的实验对系统进行了验证。
关键词：脉冲涡流；定量检测；腐蚀缺陷；传感器；信号分析

引言
飞机的机身蒙皮和机翼壁板一般采用多层铝合金复合结构，而腐蚀缺陷通常出现在多层结构的第二层，因此很难被及时发现。脉冲涡流检测技术是一种新的无损检测方法，在对层间或次表面缺陷的定量检测和评估方面具有明显的优势。本文将脉冲涡流检测技术应用于飞机多层结构中的腐蚀缺陷检测，设计并实现了一套完整的脉冲涡流检测系统，并通过实验实现了对腐蚀缺陷的定量检测。

图1 脉冲涡流检测系统框图

图2 软件程序流程图

脉冲涡流检测基本理论分析
脉冲涡流的激励电流为一个重复的宽带脉冲，通常为具有一定占空比的方波。激励线圈中的脉冲电流感生出一个快速衰减的脉冲磁场，变化的磁场在导体试件中感应出瞬时涡流(脉冲涡流)，此脉冲涡流向导体试件内部传播，又会感应出一个快速衰减的涡流磁场，随着涡流磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。如果有缺陷存在，就会使感应磁场强度发生变化，最终使得检测线圈上的瞬态感应电压信号发生变化。

脉冲涡流检测系统的硬件结构
脉冲涡流检测系统主要由四个部分组成，即脉冲信号发生器、传感器(激励和检测线圈)、被测试件和数据采集与处理模块，其系统框图如图1所示。
本检测系统以单片机80c196kb和dds芯片ad7008为核心，采用dds技术来产生激励信号，然后通过电压比较器(lm339)进行整形滤波(六阶椭圆滤波器)后得到脉冲激励信号。
传感器模块
传感器模块包括激励线圈和检测线圈两部分，激励线圈用来在被测试件中产生涡流场，检测线圈位于激励线圈底面中心，用来对受缺陷扰动而产生的涡流磁场的垂直分量进行检测。
激励线圈采用能产生均匀强场的矩形线圈。由于激励线圈放置在试件表面时，其产生的激励磁场透入试件的深度约为线圈直径的1/4，而实验对象—飞机多层金属结构的厚度约为3~3.5mm。所以本系统中的矩形线圈几何尺寸设计为40mm×20mm×20mm(长×宽×高)，厚度为1mm，共绕了400匝，并在线圈中插入了磁芯，以增强磁场。
检测线圈应采用截面积小一些的空心圆柱形线圈，使得检测线圈内的磁场能看作是均匀的，从而测量的结果可作为点磁场值。但是当检测线圈的截面积太小时，又会降低检测的灵敏度。综合考虑以上情况，运用仿真与实验结合的方法，本文设计了一种圆柱形的感应线圈式磁传感器，其几何尺寸为内径1.5mm、外径3mm、高2mm，共绕800匝。
传感器扫描方式分为两种：实验室研究时，传感器的扫描方式是平行于缺陷长度方向进行扫描移动，这样可以使激励电流流向与缺陷垂直，使得检测信号的变化最大；实际工程应用中，传感器的扫描方式是保持传感器与被测试件平行。
被测试件模块
金属被测试件是一块几何尺寸为200mm×200mm×3mm的铝板，并加工了尺寸分别为：15mm×4mm×1.5mm、15mm×6mm×1.5mm、15mm×8mm×1.5mm、15mm×5mm×1mm、15mm×5mm×1.5mm、15mm×5mm×2mm的长方形平底槽来模拟缺陷，然后将几何尺寸为200mm×200mm×1mm的完好铝板和加工有缺陷的铝板紧密粘合在一起，来模拟飞机多层结构中出现在第二层的腐蚀缺陷(飞机多层金属结构的厚度约为3~3.5mm)。
数据采集与处理模块
本系统中采用内插式pci数据采集卡进行数据采集，采样频率为100khz，a/d分辨率为12位。由于检测线圈上的瞬态感应电压信号非常微弱，为了便于采集与信号处理，在采集之前首先对检测线圈上的感应电压信号进行放大和滤波。被采集的数据将实时存储到pc上。
脉冲涡流检测系统的工作流程
检测系统加电后，根据液晶显示屏上的提示信息，从键盘依次输入激励脉冲信号的幅值、频率、占空比，经确认后，检测系统开始工作。由于dds芯片产生的是正弦波，因此将它通过电压比较器进行整形滤波后便可得到脉冲激励信号。但此时的激励电流很小，需由音频功率放大器集成芯片tda2030对激励信号进行功率放大后再加到激励线圈两端。当传感器在被测试件表面扫描时，通过数据采集卡对检测线圈上的信号进行采集，并通过提取检测信号的峰值点形成实时扫描波形，对缺陷进行实时识别和定位(即为实时定性检测)；同时将采集的数据实时存储到上位机上，扫描结束以后，再对数据进行离线分析，提取瞬态感应电压信号的特征量以实现对腐蚀缺陷的定量检测(即为离线定量检测)。

脉冲涡流检测系统的软件