[发明专利]一种梯度螺旋涡流检测线圈及其检测方法

说明书

本发明公开了一种梯度螺旋涡流检测线圈及其检测方法，包括高磁导率屏蔽层和一个扇形线圈，所述扇形线圈由一根导线按扇形单元逐渐增大圆心角或逐渐减小圆心角螺旋绕制而成，每两个相邻的扇形单元的圆心角度差相等，为0‑30°，整个扇形线圈呈梯度分布。本发明线圈的导线密度分布不均匀，按绕制方向由内到外逐渐稀疏，与传统检测线圈相比，本发明线圈在试件内感应出涡流的渗透深度分布具有方向性。当确定试件表面缺陷的大概位置后，将本发明线圈置于缺陷处旋转检测，可以进一步得到缺陷的宽度和深度信息。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种基于电涡流检测原理的梯度螺旋涡流检测线圈及其检测方法。

技术背景

无损检测是一种在不伤害被测对象使用机能的前提下，检测出被测物体的结构中有无缺陷或材料不均匀情况的检测技术。随着科技的发展，无损检测技术被广泛应用于产品的质量控制、装备的疲劳裂纹等在役检测和结构的完整性评估。其中，电涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测方法，具有快速性和低成本的优点，在设备关键部位微缺陷的检测上起着重要作用。

传统的涡流检测线圈是均匀绕制的，在试件中感应出均匀分布的涡流，检测时采用扫描方式。这种传统的涡流检测方法可以检测到缺陷的存在和具体位置，但是在一些对设备安全性能要求较高的工业生产、运输等领域，对涡流检测提出了进一步的要求，即对缺陷的形状、大小等参数进行准确的量化分析，从而避免安全事故的发生。

近年来，国内外对涡流传感器的改良展开了大量研究，旨在提高涡流检测方法的可靠性。目前大多数学者的研究重点主要在几种新型的涡流检测方法上，如脉冲涡流检测、远场涡流检测及电涡流阵列检测等。这些方法在涡流的渗透深度、检测范围和工作效率等方面做出了改进，但采用的检测线圈基本为传统的均匀线圈，运用阻抗分析法分析实验数据时提取的特征值有限，这也限制了涡流检测中缺陷参数量化评估方法的研究。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种低成本、检测效率高且具有方向性的涡流检测线圈及检测方法。

发明内容：本发明所述的一种梯度螺旋涡流检测线圈，包括高磁导率屏蔽层和一个扇形线圈，所述扇形线圈由一根导线按扇形单元逐渐增大圆心角或逐渐减小圆心角螺旋绕制而成，每两个相邻的扇形单元的圆心角度差相等，为0-30°，整个扇形线圈呈梯度分布。

其中，每个扇形单元为单匝绕制，扇形线圈整体外轮廓呈圆形。

本发明所述的一种梯度螺旋涡流检测线圈的检测方法，包括以下步骤：

(1)根据被测试件参数和所测缺陷范围选择检测线圈激励频率f，要求满足条件：且f≥1kHz；

其中，R_e和L_e分别为被测试件的等效电阻和电感，μ为被测试件的磁导率，σ为被测试件的电导率，d_max为所需区分的最大缺陷深度；

(2)通过旋转检测，将缺陷处测得电感值减去无缺陷处电感值L₀，得到电感变化量

(3)提取电感变化量的平均值σ和标准差δ，将非线性回归方法应用于已测的缺陷样本，得到缺陷宽度的非线性回归方程

w＝α₀+α₁σ+α₂σ²+α₃σ³+α₄δ+α₅δ²+α₆δ³和深度的非线性回归方程