[发明专利]一种消除电子摆振的涡流位移检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及涡流无损位移检测技术。

背景技术

涡流无损检测技术，作为五大无损检测技术之一，在航空航天、轨道交通、石油天然气管道、清洁能源等的关键零部件的检测与评估中得到日益广泛的应用。位移测量诸如振动幅度测量、镀层厚度测量等，作为涡流无损检测的重要组成部分，可广泛用于航空航天器镀层厚度检测、清洁能源关键零部件(水轮机和风力发电机叶片)的振动状态检测以及高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析中。

根据涡流检测理论，被测对象表面和探头线圈之间检测距离影响对被测对象中涡流引起的二级磁场的强度，从而影响耦合的磁感应强度。涡流位移检测技术就是通过上述原理建立检测距离和耦合磁场强度之间的线性关系，从而完成对机械位移的检测。但是根据电磁感应原理，被测对象中的涡流强度不仅仅与检测距离有关，也与被测对象的电磁特性(电导率和磁导率)有关。

由于被测对象电磁特性的改变或被测对象电磁特性分布不均匀而引起的检测误差，称为电子摆振(Electrical Runout：ERO)问题。目前引起电子摆振的因素很多：(1)被测体中存在杂质；(2)不均匀的被测对象磁导率；(3)不均匀的被测对象电导率等。虽然随着先进制造技术的进一步发展，加工工艺也得到了进一步提高。但是不可避免的在材料加工过程中掺入其他杂质或产生气泡；一些加工技术特别是表面加工技术，提高了材料的表面硬度、抗腐蚀性等性能，但也会因为引起材料电磁特性的随机性变化，比如：喷丸技术是在航空航天器的制造中广泛使用的一种加工工艺，它可以提高材料的表面硬度和抗腐蚀性能，但也同时引入了表面残余应力，从而引起材料电磁特性的变化。从这个意义上说，电子摆振问题是涡流位移检测技术中亟待解决的问题，解决该问题不仅可以提高涡流位移检测传感器的检测精度和扩大涡流位移传感器的使用范围，还可以简化涡流位移检测传感器的标定方法。

电子摆振问题是相对于旋转机械振动检测中出现的机械摆振(MechanicalRunout：MRO)问题提出的。机械摆振是指由于旋转机械中旋转结构的不圆度(Out-of-roundess)和不完整表面(Imperfect Surface)引起的测量误差。因此机械摆振问题可以通过提高加工技术和工艺进行改善和消除。而电子摆振是指由于被测对象电磁特性发生变化而引起的误差信号，表现为一种虚拟的位移。由于造成电子摆振的原因错综复杂，因此很难完全消除或降低电子摆振对测量结果的影响，故而电子摆振问题成为涡流位移检测中亟待解决的问题之一。

针对涡流位移检测中存在的电子摆振问题，David H.Biggs(1976)提出了一种消除涡流位移检测技术在机械轴检测中产生的电子摆振的方法和实现机构(美国专利：3986380)。该专利通过在旋转轴表面布点，测试不同点探头输出，从而确定发生最大电子摆振的位置(位置1)和发生最小电子摆振的位置(位置2)，然后通过冷加工的方法改变位置1的电磁特性，再对该点的探头输出进行测量，重复以上步骤，直到该点的测量结果与位置2的测量结果相比达到期望的最小值。该方法主要通过冷加工的方法对被测对象进行表面处理，重新分布被测对象表面的电磁特性，从而降低电子摆振对计算结果的影响。但是该方法存在以下三个主要问题：

①该专利认为通过冷加工等加工手段可以改变被测对象表面的电磁特性分布，力求通过局部的表面处理技术使整个表面的电磁特性趋于一个稳定值。但是不同被测对象表面的电磁特性分布因加工方法和被测材料自身特性的不同而迥然不同，因此依据该专利中提出的方法，每个被测对象在检测前都需要确定测点的分布方案，而没有形成一个针对所有被测对象的统一的测点分布方案。因此该方法的通用性较差。

②该方法中的期望最小值是在位置2处电子摆振的基础上提出的，然而位置2处的电子摆振大小却无法准确得知，因此该方法只能相对削弱电子摆振，而无法消除电子摆振；

③该专利中提出方法对电子摆振的削弱程度取决于测点的选择，因此具有一定随机性。

针对以上现有技术中存在的问题，急需针对涡流位移检测技术提出一种通用的、稳定的且能够彻底消除电子摆振的方法。基于此，本发明提出一种新的方法对涡流位移检测中的电子摆振进行补偿，该方法具有通用性强/稳定性好且能够彻底消除电子摆振对涡流位移检测结果的影响。

发明内容

为了克服现有的涡流位移检测装置中电子摆振补偿方法中通用性差、稳定性差、无法彻底消除涡流位移检测中电子摆振的缺点，提出了一种消除电子摆振的涡流位移检测方法及其装置。