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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业论文单频电磁涡流仪电路设计学 院 数理与土木工程学院专 业：姓 名：指导老师：应用物理学纪海涛学 号：职 称：161202105418张国才讲师中国珠海二二年 五 月诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业论文单频电磁涡流仪电路设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日单频电磁涡流仪电路设计摘 要高度发展的社会，市场上对无损检测的要求是越来越高，无损检测的研究也是越来越深入。本文研究的单频电磁涡流仪是希望能够深入了解涡流检测而开展的。本文
2、设计基于阻抗分析法的电桥式涡流检测实现导电材质表面以及近表面的缺陷检测，在进一步进行调试以及改变探头类型及其参数实现多平面多类型的检测。本文对涡流检测仪器硬件设计中进行传感器探头设计以及整体电路设计，电路设计中包括电源模块，激励信号处理模块，多路复用电路模块，自动平衡模块，采集信号放大模块，其中信号处理采用MFLI 锁相放大器，控制部分采用NI myRIO控制卡。对于涡流检测仪器软件设计中，利用LabVIEW对MFLI 锁相放大器以及NI myRIO控制卡进行编程控制，对于采集到的信号进行平衡与分析，最后将采集到的信号处理为阻抗图，以阻抗图作为检测结果的显示。本设计中的信号激励以及数据采集利用
3、MFLI 锁相放大器在中低频率稳定的输出以及输入分析功能。利用锁相放大器结合稳定的电路设计，在LabVIEW软件上进行编程设计一套涡流检测系统，系统实现可调试频率参数以及自动信号采集、分析、处理与显示。关键词：涡流检测；阵列涡流；电桥平衡：阻抗分析；数据采集；Single-frequency electromagnetic eddy current circuit designAbstractIn a highly developed society, the requirements for non-destructive testing in the market are getting
4、higher and higher, and the research on non-destructive testing is becoming more and more in-depth. The single-frequency electromagnetic eddy current instrument studied in this paper is hoped to be able to understand eddy current testing in depth. In this paper, a bridge-type eddy current test based
5、on impedance analysis method is designed to detect defects on the surface and near surface of the conductive material, and further debugging and changing the probe type and its parameters to realize multi-plane and multi-type detection.In this paper, the design of the sensor probe and the overall ci
6、rcuit design are carried out in the hardware design of the eddy current testing instrument. The circuit design includes the power supply module, the excitation signal processing module, the multiplexing circuit module, the automatic balancing module, and the acquisition signal amplification module.
7、The signal processing uses MFLI For the lock-in amplifier, the control part adopts NI myRIO control card. For the design of the eddy current testing instrument software, LabVIEW is used to program and control the MFLI lock-in amplifier and the NI myRIO control card, and the collected signals are bal
8、anced and analyzed. Finally, the collected signals are processed into impedance graphs, and the impedance graphs are used as detection The display of results.The signal excitation and data acquisition in this design use the MFLI lock-in amplifiers stable output and input analysis functions at low an
9、d medium frequencies. Using a lock-in amplifier combined with a stable circuit design, a set of eddy current testing system is programmed on LabVIEW software. The system implements tunable frequency parameters and automatic signal acquisition, analysis, processing and display.Keywords: Eddy current
10、detection; array eddy current; bridge balance: impedance analysis; data acquisition;目 录1引言11.1 无损检测技术概述11.2 涡流检测的发展现状21.3 课题研究内容22.涡流检测基本原理分析以及系统方案设计22.1涡流检测的基本原理22.2阻抗平面分析法及线圈阻抗分析3 2.2.1 阻抗平面分析法4 2.2.2 线圈阻抗分析42.3涡流检测仪器的结构 42.4系统总体方案设计43涡流检测硬件电路设计 53.1涡流检测电路设计 53.1.1 电源模块53.1.2 探头及其采集模块63.1.3信号放大模块7
11、3.2涡流检测控制电路设计 83.3涡流检测采集电路设计 93.3.1 锁相放大器功能介绍93.3.2 锁相放大器使用方法介绍104涡流检测软件设计 104.1激励信号采集对比104.2采集信号处理 104.3基于Labview的软件编程 104.3.1控制卡部分编程 104.3.2采集信号的平衡 .114.3.3采集信号的分析124.3.4检测结果的显示 125涡流检测装置的组装与检测分析135.1检测装置的组装135.2涡流检测结果分析146结论15参考文献16致谢171引言 无损检测已经形成了五大常规检测，分别为超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测。本文研究的就是涡流检测的仪
12、器开发，本文研究目的是设计可进行多种探头组合以及可调控的参数下的涡流检测仪器，在涡流检测仪器的设计中进行深一步学习。1.1无损检测技术概述无损检测是指在对被检测对象进行检测时，不影响被检测物体的使用性能以及不破坏组织内部分布。无损检测能够检测出被检测对象内部是否存在有缺陷或组织上是否有差异。无损检测在工业、航天航空、生物工程以及医疗诊断上都是不可或缺的，也在这些方面获得也极大的重视和发展。超声检测利用超声波的反射特性，超声波在传播过程中遇到界面会发生反射，使用压电晶片可以将反射回波激发成电信号，对这一电信号进行分析可以知道到被检测物体的缺陷或某些物理特性。超声检测在工业上应用范围广泛，而且在发
13、展中形成了新的检测技术，例如相控阵超声检测，TOFT检测技术等。 射线检测利用射线经过被检测对象各部分后的强度衰减的不同对其进行分析以及评定。当射线经过被检测对象后投射到胶片上时，会在胶片上产生不同程度的曝光。经过显影后，可以在胶片上观测到被检测对象的内部情况，分析胶片可以得到被检测工件的材质变化、厚度变化及缺陷情况。射线检测的检测结果显示在胶片上，具备长期保存可查的优点，在工业上使用范围较为广泛。缺点之一是其对人体的危害较大。所以为了提高安全性，市场也在寻找可以替代射线检测的检测新技术。 磁粉检测是利用磁化现象，被检测对象被磁场磁化后，表面或近表面在出现缺陷或者不连续性且与磁化方向存在角度就
14、会出现漏磁场。利用磁粉或者磁悬液喷洒在被检测对象上就可以显示出不连续性的痕迹。磁粉检测是为了检测表面以及近表面肉眼不可直接观察的缺陷，灵敏度随着缺陷的深度的提高而下降，且局限于铁磁性材料的工件检测。是工业上表面检测的较为广泛的检测方法。渗透检测利用液体的毛细管作用，也就是在施加荧光渗透液或着色渗透液时，在狭窄缝隙处会进行渗透留在缺陷位置。去除表面多余的渗透液后施加显示剂会显示出缺陷痕迹，这是放大后的缺陷形状。渗透检测的优点是检测方式简单明了，成本也相对较低。缺点是只能在表面开口处检测，渗透液对某些材质可能具有腐蚀性等。 涡流检测是利用电磁感应现象，也就是当金属导体置于变化的磁场或者相对运动的磁
15、场中时，金属导体内会产生漩涡状流动的电流，称为电涡流。在产生这一电涡流的同时，磁场必然消耗自身的部分磁场能量，当磁场的变化是由通电线圈产生的时候，这一部分消耗将使线圈阻抗发生变化，采集这一变化就可以分析到被检测对象表面以及近表面的缺陷。涡流检测具备的优点很多，它不需要耦合剂、检测速度快以及灵敏度高等。缺点是检测对象只限于导电材质以及检测深度有限等。相对于磁粉检测和渗透检测，涡流检测不需要使用磁悬液或者渗透液，这可以减少环境的污染，且涡流检测的灵敏度更高。涡流检测由于依据电信号进行分析，相对于其他更容易实现在线监测以及自动化检测，可以实现非接触检测。1.2 涡流检测的发展现状近年来，国内外对涡流
16、检测的研究也是越来越深入。2004年，在法国的两家公司联手开发了一套无损检测系统(CODECI)，它是结合阵列排布线圈与电荷藕合器件图像传感器的完整系统1。2016 年，在研究设计扫频涡流仪方面，厦门的爱德森电子有限公司取得了重大进展，基于涡流阻抗平面的扫频检测最高频率已达到 30MHz，极大地提高了仪器的检测能力，在对检测精度提出更高要求的航空、航天、核工程领域中，能够有效地解决精度这一难题2。1.3 课题研究内容本文中单频电磁涡流仪电路设计是基于涡流检测技术、阵列涡流技术、以及MFLI 锁相放大器实现在多种简单平面的涡流检测。MFLI 锁相放大器在中低频率稳定的输出以及输入分析功能与图形化
17、编程软件LabVIEW结合后，可以形成稳定的涡流检测平台系统。此涡流检测平台系统为检测不同深度的缺陷，具备着可调节频率（500KHz-5MHz）的参数设置，在显示上以单组探头独立显示从而得到缺陷的具体定位。设想在探头组数与固定设备达到最大结合率时可以得到较高效率的阵列涡流检测仪器。设计出合理的探头的参数，达到检测需要的高效传感器作用，在这一部分上实现精度的追求。本设计中，初步以实现六组探头的水平面的涡流检测，在这一基础上将探头改变为更多组以及改变为柔性探头实现对曲面的涡流检测。本文主要将硬件部分设计进行分析以及研究，进行低成本的实验以及改良。2涡流检测基本原理分析以及系统方案设计2.1涡流检测
18、的基本原理涡流检测主要依靠的原理是电磁感应现象，在变化的磁场或者相对运动的磁场中的金属导体，金属导体内会产生漩涡状流动的电流，称为电涡流。在产生这一电涡流的同时，磁场必然消耗自身的部分磁场能量，当磁场的变化是由通电线圈产生的时候，这一部分消耗将使线圈阻抗发生变化，这就是涡流检测所依据的定理，如图2.1所示。 图2.1 涡流检测原理示意图当通交流电的线圈在被检测工件上移动的时候，理论上在参数不发生变化的 情况下，工件上产生的涡流所引起线圈阻抗的变化应该是一定的。如果在工件上发现阻抗再次发生变化时，说明工件的内部材质或者是形态上发生了变化，由此改变了工件的电导率以及磁导率。由此可以判断工件自身的变
19、化，这就是涡流检测的过程，如图2.2所示。 图2.2 涡流检测的信号变化图 涡流检测的局限在于表面以及近表面的检测，这是因为趋肤效应。趋肤效应是指金属试件中感生出的涡流会集中分布在金属表面的一种现象。造成趋肤效应的主要原因是金属中心与表面的电感大小有区别，而电流会选择从电感小的地方流过，特别是随着涡流频率的增大，金属中心的电感会愈发增大，因此涡流也会愈发集中在金属表面3。 2.2阻抗平面分析法及线圈阻抗分析2.2.1 阻抗平面分析法本次设计主要使用阻抗平面分析法。涡流检测时，激励线圈部分的阻抗由自身阻抗以及产生涡流后反馈过来的阻抗形成，当我们分析线圈阻抗变化时，实际上是分析涡流反馈那一部分阻抗
20、。例如，当涡流检测时使用正弦电源激励，探头在工件表面移动，随着工件材料特性的变化，探头的阻抗也发生变化，此时阻抗变化代表着材料特性的变化。此时涡流感应影响到线圈阻抗的相位以及大小的变化。因此为了了解涡流检测中被检对象的某些性质与检测线圈的电气参数间的联系就需要对检测线圈进行阻抗分析。简单来说，阻抗分析法将线圈的阻抗数据采集出来，在检测过程中观察线圈阻抗的变化情况。但是线圈的阻抗变化牵扯的因素太多太杂，所以在阻抗分析法中需要控制其他变量的影响，用抵消或者固定等方法进行控制。2.2.2 线圈阻抗分析在交流电路中，串联电路上的电压由自身阻抗与总阻抗的关系决定，在串联电路上的电压变化与阻抗的变化相似，
21、根据这一规律，我们可以在涡流感应引起阻抗变化时，这一步变化的阻抗与总阻抗也是密切关系着的。线圈阻抗由三个部分组合而成。第一部分是由线圈本身的电阻以及电感，还有各匝线圈之间的电容组合而成，第二部分是由不同线圈之间相互影响产生的阻抗变化，第三部分是在涡流检测过程中工件表面涡流效应对线圈阻抗产生变化。在这一基础上分析，可以知道联立这三部分可以得到线圈的阻抗变化公式，在这一基础上对影响线圈阻抗变化各个因素进行对比，可以分离出各个因素对线圈阻抗影响效果。 2.3涡流检测仪器的结构 涡流传感器（探头）是依照检测对象以及用途设计的，其外观和内部结构也因此大不相同，种类繁多。但是不管是哪一种涡流传感器的结构都
22、是以激励绕组、检测绕组及其支架和外壳组成，根据需求，有一些还有磁芯、磁饱和器等。涡流传感器的主要作用其一是在被检测工件上建立一个或者多个交变的磁场，使得工件能够产生涡流感应。其二是在工件产生涡流感应的情况下，采集到工件涡流感应的信息，也就是采集工件材质，质量信息转化为电信号给予仪器分析评价。在这两个作用下，以及传感器精确作用下， 可以采集组成一个大数据库。在数据库下便进行多种判断。例如，对工件表面涂层厚度的检测，以及表面以及近表面的探伤或者是对某些标记进行识别。涡流传感器的主要类型为内穿过式、外穿过式和点式探头。本次设计基于表面以及近表面简单多平面的检测，选择使用点式阵列涡流传感器，在条件稳定
23、以及理想的情况下，对涡流传感器的信息变化分析便是对工件的具体情况的分析。2.4系统总体方案设计基于涡流检测的原理以及对电路设计的理解，本次设计以检测金属导体表面以及近表面的缺陷为目的，在保证缺陷的检出的同时进行多方面提升，在探头部分以及软件上进行研究。本文设计的阵列涡流仪器，利用以两个电感线圈为一组，组内电感线圈之间的涡流感应差异组成差分电路来进行探测，使用差分电路是为了保证缺陷的检出，差分电路在电桥平衡下可以排除线圈自身其他因素的干扰。当两个电感线圈间的差异发生波动时，即说明此时的涡流存在变化，提取这一差异信号作为被测对象分析方向。在这一基础上，添加组数可以提高检测效率。如果同时让电感组启动
24、检测，电感组之间会带有一定的相互影响，所以要加上一个多路复用芯片，使电感组以一定可控可观测的周期进行轮流启动。利用软件编程使电感组的检测以可控可观测的时间差进行调试，可以得到对应组数信息，这一信息是电感的微妙变化，需要进行信号放大后才能得以利用，所以在后面再加上一个放大芯片，这样经过放大的信号可以更加明显，出来既是检测结果，最后显示为阻抗分析图。 3涡流检测硬件电路设计 本文设计的涡流检测系统为了集成整体电路，对电源以及检测和采集部分都进行了设计。检测电路部分分为电源模块、探头及其采集模块、信号放大模块。此外还有涡流检测控制电路设计和涡流检测采集电路设计。在设计上为了高包容性，没有对检测电路做
25、出针对性的设计，而是为了之后可以更换多种类型探头留下了可控空间。3.1涡流检测电路设计 本部分是电源模块、探头及其采集模块、信号放大模块的设计，这一部分是固定在检测过程中，一般不需要对其进行变动。3.1.1 电源模块本文设计中，各类芯片需要供电电压不同，且为了电压的稳定性，简化设计为一个电源模块，利用各类稳压器串联为可提供不同的电源的电源模块。分为高点位部分（+12V、+5V）与低点位（-12V、-5V）。具体设计方案为24V的电源适配器输入24V的直流电，经两个DC-DC 模块分别得到12V和5V 的供电，其中12V 的电源主要用来为多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进
26、行供电，+12V用来为差动放大器AD620芯片供电，如图3.1所示。电源对整个系统影响很大，纹波大的电源将会给整个检测系统引进噪声，影响检测的精度和准确性，必须加以重视3。 图3.1 电源模块电路图3.1.2 探头及其采集模块涡流传感器探头以及采集模块的设计是利用差分电路将单组探头进行组合检测。每一组探头由两个线圈组成，当使用差分电路时，此时的两个线圈是激励线圈也是检测线圈，采集的信号是两个线圈之间的电信号变化，当激励信号加在线圈上时，两个参数相同的线圈会产生相同的反应。同时两个线圈对正常工件以及相互影响下会达到动态平衡，检测过程就是在找寻打破这个平衡的工件位置，如图3.2所示。本次设计是利用
27、多组探头，而这些探头是依组进行检测，而且这个组数是可调可控的，如图3.3所示。探头为硬件的核心，本设计主要依靠探头的稳定变化进行，设计中采用的探头以固定的电感进行匹配以及进行检测，但激励信号经过电感时，电感会在被检测对象上产生涡流。而被检测对象内部组织以及表面不连续性会影响电感对其的涡流形态。本次设计尝试以六个电感组固定后进行检测，用于检测水平面类型的涡流检测，如图3.4所示。激励部分和采集部分利用锁相放大器自身的功能进行检测，如图3.5所示。 图3.2 单探头电路图 图3.3 多组探头电路图 图3.4 多组探头实物图 图3.5 MFLI锁相放大器 3.1.3信号放大模块当探头组的信号出现明显
28、异常时，这个电信号代表着就是工件的特性或者缺陷。而这个信号往往是非常小的，无法直接处理分析。所以，在采取反馈的阻抗信号时，需要在后面加上一个信号放大器，这样才可以得到更加明显的阻抗信息。AD620芯片是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。引脚图，如图3.6所示。信号放大模块利用差动放大器AD620芯片进行信号放大，其中放大倍数为20倍。在AD620的芯片上，采用了2K欧的控制电阻，以及使用15V的电压，经过运算可以知道本信号放大模块的放大倍数为20倍，本设计中，除了运用差动放大器对两个电感（传感器）的涡流信号差异进行放大外，设想于更加稳定的信号
29、放大，在输出端设立电容以及二极管进行稳定电路设计，如图3.7所示。 图3.6 AD620芯片引脚图 图3.7 AD620芯片电路图3.2涡流检测控制电路设计 在本次设计中，使用的是多组探头依次进行工作，这就需要一个控制端来进行协调。本设计中是使用多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）进行实现，在多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）的控制引脚上连接（NI myrio）控制器进行控制，如图3.8所示。多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）是8位的集成芯片，只需要在控制引脚端输入对应的高低电水平信息，就可以在控制对应的输入输出端的联通。涡流检测
30、的控制电路，主要是基于阵列涡流探头需要进行周期性变换检测而设立的。在这一部分中，本设计使用了两个多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A），控制对应的两个电感传感器为一组的电感组进行检测。其中多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）的控制引脚与控制器（NI myrio）进行连接配合。而每探头组分别与两个芯片相同对应端口进行连接，此时只需要给予芯片对应高电位信息就可以实现探头组的检测。此时电路的正常使用还需要通过软件编程才能达到检测效果。 图3.8 多路复用电路芯片引脚图3.3涡流检测采集电路设计 涡流检测过程中，提取出来的电信号经过放大后可以进行分析处理，而本设计
31、在这一部分使用了MFLI 锁相放大器代替了信号的发生以及信号的提取转换。本设计使用锁相放大器的信号采集以及信号对比功能，将经过信号放大模块的输出信号通过锁相放大器，并与激励信号进行匹配频率后进行筛选正确信号，从而使的采集信号更为准确。3.3.1 锁相放大器功能介绍本设计使用的是瑞士苏黎世仪器公司 (Zurich Instruments)开发的MFLI 锁相放大器,它除了对信号进行分析外，还具备着稳定的中低频的信号输出。输出信号波形、频率以及大小都是可调的，本设计中的激励信号使用的就是MFLI 锁相放大器的稳定信号输出。由此本设计中的单频电磁涡流检测仪使用MFLI 锁相放大器后可以做到使用不同频
32、率来检测不同深度缺陷。这一功能是让设计能够顺利进行的重点，也是让设计实施范围更加开阔的点睛之笔。MFLI 锁相放大器的信号采集功能非常强大，除了能对输入信号分析得到信号的完整信息外，还能对信号进行降低干扰的处理。在设计实验过程上，干扰信号的产生是不可避免的，而这些干扰信号极大的影响了实验进行。所以说MFLI 锁相放大器的这一功能为本设计实验奠定了基础，使得实验过程能够具备稳定的实验数据。3.3.2 锁相放大器使用方法介绍MFLI 锁相放大器在本设计中作为激励信号发生器以及信号采集器。作为激励信号发生器时，将MFLI 锁相放大器输出端口连接到线圈激励输入端，利用锁相放大器自带的操作系统就可以自由
33、改变激励信号的波形、频率以及大小。作为信号采集器时，将放大信号以及原始激励信号连接到MFLI锁相放大器的输入端和对比信号端，MFLI锁相放大器会对输入信号与对比信号进行乘法运算，将不在理论范围内的频率变化剔除，剩下的信号就是本设计中研究的阻抗变化信号了。MFLI 锁相放大器在本设计是实验开始的激励信号器，也是汇总电路变化的信号采集器。4涡流检测软件设计 4.1激励信号采集对比信号采集得到电感组内两电感传感器之间的感应的涡流差异，这一信号由于是同一激励信号，得到后的频率不会发生改变，我们可以经过电路后采集到信号的大小以及相位。这一切都是通过锁相放大器后得到的直接数据，这一数据经过与激励信号采集进
34、行对比，可以过滤一些偏差过大的虚假信号。4.2采集信号处理 采集到的信号通过锁相放大器后变为直接的模拟数据（X分量，Y分量，角度）。而这些信号在初始状态下并不为0，所以对于这一信号的处理需要提前在无缺陷处进行置零处理。将被测对象的无异常部分下采集到的信号置为零点。4.3基于Labview的软件编程 4.3.1控制卡部分编程 多路复用芯片的控制引脚需要输入正确的电水平信号，而这一部分的输入由控制卡（NI myrio）产生。在软件编程上，我们只需要对控制卡（NI myrio）写入三个端口的电水平控制以及一个低点位的端口。控制卡（NI myrio）是控制电感组的交替作用，这一部分编程需要提前在信号采
35、集前控制且采集时不可以变动，那么在编程上直接将这一部分置于最前端且将采集信号的部分写于控制部分下的子函数，以达到信号未采集前能得到稳定的控制，如图4.1所示。这一部分只需要控制卡（NI myrio）的四个引脚。本设计是利用LabVIEW写入一个布尔，布尔打开时即为输入高点位，关闭便是输入低点位，如图4.2所示。 图4.1 控制卡（NI myrio） 图4.2 控制卡部分编程图4.3.2采集信号的平衡采集信号的初始状态以及电路都无法达到理论状态，在这一步需要另外设置零点。本设计中，平衡信号编程需要与检测过程中在稳定检测上无异常阶段进行采集无异常的信号作为初始状态，并以这一信号为零点进行检测。这一
36、部分编程需要与采集信号配合，编程基于采集信号后进行加工。编程后需要将探头放在无异常的工件位置，然后使其涡流感应发生后对线圈产生影响，此时线圈的电信号就是平衡位置的信号。然后我们在涡流检测平台上的显示板点击平衡，此时运转编程过程将记录此时信号为零点。这便是平衡信号的编程思路，如图4.3所示。 图4.3 平衡部分示意图4.3.3采集信号的分析采集信号与零点对比后，就是被测对象的检测状态。本设计中在采集信号与零点对比后，可以得到不同数据（X分量，Y分量，角度）。这一部分编程写于采集信号后，并用变量进行储存，如图4.4所示。图4.4 采集信号编程部分4.3.4检测结果的显示 检测结果显示用阻抗图进行分
37、析，这一部分不直接显示模拟数字量是防止数字量难以进行观察以及难以对比。显示部分直接将对比后的信号数据（X分量，Y分量，角度）在阻抗分析图上进行显示，其中显示部分编程需要对比信号采集后所储存的变量，但又不能慢于控制端对于新采集信号的控制。总体上需要以显示结果后在进行周期变换，如图4.5、图4.6所示。 图4.5 测试编程系统平面 图4.5 完整编程系统平面5涡流检测装置的组装与检测分析 5.1检测装置的组装本设计中，电路部分直接将芯片以及电感传感器集合一块电路板上。而电源模块、控制器模块以及锁相放大器部分都是单独的一部分。集成电板是将芯片以及电感传感器焊接到电路板时，电源模块直接依据电路原理图焊
38、接到另一块电路板上，布置焊接轨迹是遵循基本电路的原则。焊接后的集成电板需要连接的供电线以及信号输入输出部分引线，这一部分引线牵引至电路板一边。这一部分的引线分别接入电源模块、控制器模块以及锁相放大器的输入端。这一部分的组装由于使用集成电路，并没有过多的部分需要连接，如图5.1所示。 图5.1 单频电磁涡流装置实物图 5.2涡流检测结果分析本次设计的检验部分由浅入深，在组装好的第一步检验是检验涡流探头的传感器作用，分别对每个探头进行不同测试，直接将磁场放置于探头放置处等。第二步检验，测试在工件的不连续性上是否可以检测出阻抗的变化，以及每组探头的显示是否正常，如图5.2所示。当实验过程中，能够稳定
39、的出现缺陷位置的阻抗变化后，在MFLI锁相放大器上改变输出的激励信号的频率以及大小，在不同深度缺陷位置进行多次调试。在这一过程上，不断的实验收集不同频率对应的最佳深度显示情况。制作出最佳的检测方案。综合来说，本次单频电磁涡流检测仪电路设计在涡流检测试块上进行检测，检测结果十分明显，说明单频电磁涡流检测仪电路设计是具备检测功能的。图 5.2 单频电磁涡流检测系统平面6结论本设计单频电磁涡流仪电路设计使用了电阻、电容、线圈、AD620芯片、多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）、控制卡（NI myrio）以及MFLI 锁相放大器，实现了在简单平面上进行的涡流检测。在学习涡流检测技
40、术以及实施电路设计的过程中，发现了涡流检测依靠的电磁感应并非那么难以触及的。将不可直接探索的信息转化为可以分析的电信号或者是变成模拟信号时，可能发现这些信号代表的不只是信号本身，也可能是某些材质特性的反馈。善于分析这些可观测的信息，可以知道不可直接观测的某些特性。本设计实验过程由于疫情没能实施大范围的扩展，但是在水平面的涡流检测实行了一小部分，足以说明本次单频电磁涡流仪电路设计是可行的。在多路复用电路芯片（DG508ACJZVO801A25A）的作用下，是可以达到多组探头轮流扫查并及时反馈信息。在AD620芯片的作用上，发现这一部分并非最佳的信号放大模块，这一步放大的信号同时把干扰信号也放大了
41、，虽然对信号进行了处理，但是在某种程度上影响到了检测的精度。控制卡（NI myrio）以及MFLI 锁相放大器这两部分是本次设计的核心，这两个部分将控制部分以及信号处理部分妥善的实现以及分析到位。综上所述，实验证明了单频电磁涡流检测仪电路设计是具备检测功能的，但是由于疫情的影响，在深入研究本次设计中不同频率对不同深度缺陷的最佳显示上停止了实验。对此感到十分遗憾，没有进行更深入的研究以及对更新颖的方面扩展。参考文献1 姜贺涡流检测阵列探头信号数值模拟武汉：华中科技大学，20152 崔赟脉冲涡流缺陷检测系统的设计与实验研究西安：西安工程大学，20193 徐涛基于阻抗分析法的电桥式涡流检测系统研究太
42、原：中北大学，20094 郭太平基于 ARM 和 LabVIEW 的高频电磁涡流检测系统集成设计南京：南京航天航空大学，20165 叶杭璐,王超,吴杨娜轨道交通涡流探伤仪的设计与实现J浙江树人大学学报(自然科学版)，2016.6 轨道交通涡流探伤仪的设计与实现-叶杭璐,王超,吴杨娜-浙江树人大学学报(自然科学版)-20167 基于涡流的金属表面缺陷检测系统的研究-丁民翰8 丁民翰基于涡流的金属表面缺陷检测系统的研究广东：华南理工大学，20179 陈积懋.无损检测新技术20年回顾J.无损检测,1998,7(20). 10 黄平捷.多层导电结构厚度与缺陷电涡流检测若干关键技术研究: 博士学位论文.
43、杭州:浙江大学,2004,6:3.11 杨风,连靖,郎文杰.在涡流探伤中采用相敏检波电路提取裂纹信号J.华北工学院学报,2003.12 Hoshikawa H. A new eddy current processing uniform rotating eddy currentsJ.Materials Evaluation,1988 13 Dodd C V. Applications of a phase sensitive eddy cur-rent instrumentJ. Materials Evaluation,1964,22(6).14 赵博, 张洪亮, Ansoft 12 在工程
44、电磁场中的应用M: 中国水利水电出版社，2010.15 Hellier Charles. Handbook of nondestructive evaluationJ, 2001. 16 李家伟, 中航工业北京航空材料研究院, 无损检测手册M: 机械工业出版社， 2012. 17 方向威, 王务同, Others, 美国无损检测手册M: 超声卷). 北京: 世界图书出版社, 1996.18 段耀勇, 陈荣华. 涡流检测中的微扰模型J. 计算物理, 1997, 14(4): 693-695.致谢本论文是在导师张国才老师的严格要求和精心指导下完成的。在校期间中见到导师生动的教学风格、渊博的学术知识、勤奋的工作态度，着实给我留下了深刻的印象。张国才老师讲解以及对我开导，对我的影响是十分巨大的。我希望能够像张国才老师一样在这一方面继续前进。同时在课题的研究阶段的搭档梁木同学，在对课题的开题和研究的进行给予了积极的配合和热情的帮助，在此向他们表示诚挚的谢意。17