单频单通道涡流探伤仪主要性能指标的测试探索

单频单通道涡流探伤仪主要性能指标的测试探索单频单通道涡流探伤仪主要性能指标的测试探索中国分析测试协会分析测试仪器与技术评议无损检测组 2010年2月

目地和意义 • 涡流检测是利用电磁感应原理的一种无损检测方法，它适用于导电材料的检测。 • 涡流探伤时检测线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测，易于实现自动化，是五大常规无损检测方法之一，应用非常广泛。 • 涡流探伤仪性能的优劣对检测结果影响很大。目前市场上各种型号的涡流探伤仪在性能上存在较大差异。由于仪器性能上的差异，往往造成对同一检测对象有不同的检测结果，由此产生很多质量异议或者纠纷。

目地和意义 • 探索涡流探伤仪性能指标的测试方法，以简单实用的方法着重其检测能力的辩认是一件有意义的工作。值中国分析测试协会技术与标准委员会举行分析测试仪器与技术评议工作之际，无损检测专业组对目前管材探伤应用最为广泛的单频单通道涡流探伤仪进行了尝试性的测试，旨在为今后仪器的研发、制造和应用提供一种的科学、简便、操作性强的评价涡流探伤仪检测能力的测试方法。

测试对象 由于多种原因，未能汇集到多款涡流探伤仪，仅对北京纳克分析仪器有限公司生产的钢研-7型涡流探伤仪进行测试。此次测试旨在摸索积累测试数据，为将来进一步完善测试方法提供依据。

测试依据与测试项目 • 测试依据：参照GB/T14480-1993《涡流探伤系统性能测试方法》。该标准没有规定各测试项目应达到的最低指标要求，只需给出实际测试值。 • 测试项目：检测能力分辨力连续工作稳定性增益线性度相位准确度频率误差

测试设备与器材 • 数字式记忆示波器 • 频率计（可用数字式记忆示波器替代） • 相位计 • 试样：两种测试用试样S1和S2均为铜管，其上制作透壁钻孔（通孔）作为人工缺陷。试样的规格及加工尺寸见后。

S1试样加工示意图

S2试样加工示意图

测试方法与测试结果 • 本测试适用于穿过式差动线圈的单频单通道涡流探伤仪。仪器各项性能的测试方法和测试结果如下

检测能力 测试方法：使用S1试样，选择开口直径为Ф24mm的穿过式差动线圈进行测试。将S1试样同心地穿过检测线圈，人工缺陷由小至大依次通过检测线圈。调节增益，记录各人工缺陷刚刚报警时的增益值G1。再将S1试样同心地穿过检测线圈，调节增益至噪声刚刚报警，读取此时的增益值G2。仪器的检测能力（亦称信噪比）以最小人工缺陷（ф1通孔）的测试值计算： S/N（S1-ф1）=| G2－G1| 若此值小于10dB，则以ф2通孔的测试值计算 S/N（S1-ф2）=| G2－G1|依此类推。测试结果： S/N（S1-ф0.6）＝11dB

分辨力 测试方法：使用S2试样，选择Ф24mm穿过式线圈进行测试。将S2试样同心地穿过检测线圈，调节增益，使试样上的单个通孔9-ф1刚刚报警。将仪器增益提高3dB，再将试件同心地穿过检测线圈。观察哪些成对通孔的信号能够听到两声报警, 选择其中最小的两个通孔中心距离表示分辨力。测试结果：分辨力为20mm。

连续工作稳定性 测试方法：将数字式示波器连接至涡流仪的外接记录接口。使用S2试样,选择Ф24mm穿过式线圈进行测试。在分辨力测试的基础上，以单个通孔9-ф1的信号设定灵敏度，之后不再调节仪器。用示波器测试单孔信号的电压幅度值。每隔1h测试一次，直至8h为止。将测试结果记作Vi（i=1、2、……9）。由下式表示稳定度F F =［1－(Vmax－Vmin)/ V1］×100% 测试结果：稳定度F =99.3%。

增益线性度 • 测试方法：将数字式示波器连接至涡流仪的外接记录接口。使用S2试样, 选择Ф24mm穿过式线圈进行测试。将试件同心地穿过检测线圈，用示波器测量单孔9-ф1信号的电压幅度值。开始时，将仪器的增益调至最大值，测量的电压值记为V0，然后，以4dB步长减小增益，记录电压值记Vi。每档均测试三次，取平均值。仪器增益各档误差Ai为：（i＝0,1,2,3………）式中为实测信号相对幅度，为理论值。取实测值与理论值的最大正偏差的绝对值和最大负偏差的绝对值之和，记为仪器增益线性度的偏差。 • 测试结果：增益线性度偏差为0.5%。

相位准确度 测试方法：将相位计连接至涡流仪的外接记录接口。使用S2试样, 选择Ф24mm穿过式线圈进行测试。将试件同心地穿过检测线圈。调节仪器相位分别为0°、90°、180°、270°、360°。用相位计测量各相位对应的单孔9-ф1信号的角度值，分别记作θ0、θ1、θ2、θ3、θ4。以相邻测量值之差作为相位值。测试最劣值与标称值之差为相位偏差值。测试结果：相位偏差为0.4°。

频率误差 • 测试方法：将频率计接至涡流仪探头接口的激励插针上。调节仪器频率挡位，分别置表3所示各挡位。由频率计读出各挡位的输出信号的频率，记作f。由下式计算频率误差fe fe＝（|f－fo|／fo）×100％ fo ---为标称频率。 • ② 测试结果：测试仪器工作频率范围的7种频率，频率误差最大为0.3％。

结论 • 衡量涡流探伤仪检测能力的重要指标是信噪比。该仪器对于最小通孔ф0.6的信噪比为11dB。 • 分辨力代表仪器对于相距较近的缺陷的区分能力。该仪器的分辨力为20mm。 • 连续工作稳定性是衡量仪器在长时间工作时仪器各参数是否存在漂移，这种漂移的程度影响着仪器的检测可靠性。经过8小时的监测，该仪器的稳定度达到99.5%。

结论 • 增益线性度是衡量仪器的增益（或衰减器）各挡位是否真实的一项重要指标。涡流探伤属于当量比较法，缺陷的当量大小是依靠仪器增益（或衰减器）的数值来标定的，仪器线性的好与坏，直接影响对于缺陷的准确判定。该仪器的线性度偏差仅为0.5% • 涡流探伤仪中最重要的信号处理方法之一是相位分析，而相位的准确度影响着对缺陷的准确判定。该仪器实际相位偏差仅为0.4°

结论 激励频率是涡流探伤调试校准中首先需要确定的参数。涡流探伤仪的激励频率误差较大时，会影响最佳检测参数的选择和设定，以及使用不同仪器时检测能力的差异。钢研-7型涡流探伤仪的激励频率较准确，最大误差为0.3％。

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