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李朝夕：157-158和6.5 第六章 涡流检测 刘海波：6.1.1和6.1.2， 6.1介绍 6.1.1 历史背景 1831年涡流检测源于迈克尔法拉第的电磁感应现象的发现。19世纪早期，法拉第是英格兰的以为化学家，他由于电磁感应现象，电磁旋转，磁光效应，抗磁性和其他现象的发现而闻名。1879年，另一位科学家休斯记录了放置在不同导电性和磁导率的金属线圈性能的变化。然而，是在第二次世界大战的时候，这些影响被应用投入实际检测材料。20世纪50年代到60年代，他做了大量的工作，特别是在航空和核辐射工业方面。涡流检测正在被广泛的使用也是一项很容易理解的检测技术。 涡流检测被用于许多工业中用于检测缺陷然后采取措施。涡流检测最主要的作用之一就是缺陷检测这种缺陷很好的被掌握的时候。一般来说，用于检测相对小的区域，探头设计和参数测试的技术是建立在对要检测的缺陷有良好的理解的基础之上的。由于涡流检测趋向于集中在物体表面的应用，她只能用来检测物体表面或近表面的缺陷。 例如管道，薄钢板这种薄的材料，涡流检测能够检测这些材料的厚度。这就使涡流检测成为检测引起薄性材料的腐蚀以及其他损害的有用的工具。这项技术被用来在飞机上在用于热的管制造的墙壁中制定腐蚀稀薄的测量方法低成本系统是一个明确优于x方法 图6-1 用来检测导电材料特性的涡流探头 a）无缺陷的导电材料表面 b）有缺陷导电材料表面 我们可以通过检测一个材料的电导率推断出一些令人惊奇的信息。电导率会伴随着材料的加工、硬度、温度的改变而改变。材料在没有裂缝、孔洞、绝缘层、或薄度发生改变时的总的电导率与一个存在缺陷的试件的电导率明显不同。除此之外，由于涡流检测法是以电磁理论为基础的，因此，磁场的渗透性发生改变将会影响信号响应。 在涡流检测中，响应信号以各种各样的形式体现出来。而所有这些又呈现出许多阻抗形式在检测线圈中发生改变。许多具体的应用系统简单地测量了感应电动势振幅发生改变，但没有显示出所需要的参数，如：绝缘层的厚度或硬度。更先进的涡流系统能够同时测量振幅和相位，这些响应信号能够在一个被称作为阻抗平面的复杂平面上体现出来。 6.2.2 磁感应 电流、磁场以及电压这三者之间的关系为涡流设备提供了基础。正如它基于现代化的便利设施的操作一样，如：收音机、电视机、电动车，甚至于110伏家用电器——电话应答机。简单的说，任何在导线中流经的电流都会产生一个相关的磁场，并且由感应出的任何随时间变化的磁场都将在导线中感应出电压。在后者的情况下，如果导线是封闭环形的，将产生电流。这种电流/电压与磁场间的相互作用被称作为电磁感应。 电磁场 设想，在一根长且直的导线中通以电流并产生了磁场，这个场看上去是怎样的呢，它与电流之间存在怎样的关系呢？ 从实验中，我们可以由图6-2a在通电线圈穿过的卡片上洒满铁屑或是图6-2b由指南针绘制出的磁场可以判断出磁场的方向。我们观察到电流垂直于同心圆形成的磁场。由罗盘的磁极表明磁场方向。电流方向与磁场方向之间的关系可通过右手螺旋定则来判断：如果右手弯曲的四指的绕行方向为磁场方向，那么大拇指将指向电流方向。这种环形磁场起始和终止都是其本身——不想电场起始和终止于一个电荷、电子或一个黑洞。 图6-2磁场最初的方向与通电直导线中电流的关系 a)在卡片上洒满铁屑 b）在实验中指南针的指向 c）右手螺旋定则 通过能量守恒法则，感应的磁场必然会随着与直导线距离的增加而减小。为了弥补这部分的减小，我们可采用增加磁场强度或磁感应强度这两种方法中的一种来实现。首先，假使我们将承载电流的导线的形状制作成一个圆环形，就能够将磁场聚集于这个封闭的区域内，为了更大程度的聚集磁场，我们可能会增加环形导线，以制作出共同的螺线管。磁场强度的增加与环的数量成一定比例。磁场强度(H)与磁感应强度（B）以及磁导率()有关，如 图6-3 由环形载流线圈所聚集磁场形式 。磁导率的大小取决于材料螺线管内等因素。螺线管中可以是空芯的或铁芯的。因此，磁感应强度可通过增加线圈的匝数或磁芯材料的磁导率来极大地提高。 毕奥——沙瓦特定律从数学的角度上阐释了一个导体中的外加电流与激发的磁感应强度之间的关系 （6-1） 图6-4 由电流感应出的磁感应强度 其中r表示由空间中的某一点与通电导线的垂直距离，而是从通电导线上一个点与前面所述的空间中的某一点的单位方向矢量指向。而空间这一点的是要计算出来的。 对导线长度超过1的范围进行积分。叉乘表明矢量的方向与电流（限制在导