一、技術基本原理
脈沖渦流屬于渦流檢測（Eddy Current，簡稱ET）的一個分支，其基本原理是通過在探頭加載瞬間關斷電流，激勵出快速衰減的脈沖磁場，該磁場可以穿過一定厚度的保護層和保溫層而誘發(fā)被檢構件表面產生渦流，所誘發(fā)的渦流會從上表面向下表面擴散。同時，在渦流擴散過程中又會產生與激勵磁場方向相反的二次磁場，在探頭的接收傳感器中會輸出這個感應電壓（脈沖渦流信號）。如果管道上有缺陷，則會影響加載管道上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應電壓。二次磁場感應的電壓包含了被測構件本身的一些特性，如：厚度、尺寸、電磁特性等綜合信息。通過算法解析，可以掃查得到腐蝕缺陷的具體位置及嚴重程度。圖1左圖基本原理示意圖。
脈沖渦流檢測技術的核心點是要找到與壁厚相關的特征值，脈沖渦流信號在被測構件中的傳遞過程中可以分為早期信號、中期信號和晚期信號（見圖1右圖），其中中期信號和晚期信號與壁厚相關，并遵從以下公式：
根據(jù)圖1右圖及上述公式，脈沖渦流中期信號衰減較慢，符合冪函數(shù)關系；晚期信號衰減較快，符合指數(shù)函數(shù)關系。中期信號和晚期信號之間有一個過渡區(qū)間，通常被稱為拐點，壁厚越薄，拐點出現(xiàn)越早，反之則拐點出現(xiàn)越晚，因此，可以利用拐點出現(xiàn)的時間（拐點時間）或拐點后的斜率來表征壁厚情況。經實驗分析，拐點時間和拐點斜率不受提離（保溫層厚度）的影響，且與被測構件的壁厚呈一定函數(shù)關系，拐點時間/斜率是良好的壁厚檢測特征值。
二、系統(tǒng)組成
由工作主機、數(shù)據(jù)終端、探頭、連接線纜及輔助設施組成。其系統(tǒng)主要組成如下（見圖4）：
- 系統(tǒng)：采用分體式設計，系統(tǒng)主機和終端處理器（防爆PAD）通過藍牙連接，更便于現(xiàn)場操作。
- 主機：基于標準ISO20669-2017《鐵磁性金屬部件的脈沖渦流試驗》和國家標準GB/T 28705-2012《脈沖渦流檢測方法》自主設計開發(fā)主機系統(tǒng)，僅6.5kg，便于攜帶。
- 探頭：按管徑及保溫層厚度分為P1/P2/P3/P4四類標準探頭，其中P1和P2探頭用于裸管掃查，P3探頭用于包覆層厚度小于等于50mm的管道/設備掃查，P4探頭用于壁厚小于100mm的管道/設備掃查；四個探頭基本滿足現(xiàn)場需要；且可根據(jù)要求提供其它各類探頭（不銹鋼探頭/小徑管探頭/水下探頭等）。
- 數(shù)據(jù)處理終端：采用防爆型PAD，可持續(xù)工作8小時，安裝核心算法軟件及控制軟件，圖形化顯示掃查面積結果。
- 核心算法軟件：基于拐點時間和拐點斜率的核心算法軟件，有效提高算法精度。
- 其它配件：延長桿及萬向接頭，有效增加現(xiàn)場檢測范圍。
三、主要技術參數(shù)
表1 系統(tǒng)基本參數(shù)
主機重量： | 6Kg（主機） |
外殼尺寸： | 34 x 30 x 15 cm |
電池容量： | 20AH |
額定功率： | 約40 W |
傳輸方式： | 藍牙 |
工作時長： | 6-8 Hour |
充電時間： | 6-8 Hour |
配件包括： | 防爆PAD、探頭、充電器、電纜、支撐工具、配件箱等 |
環(huán)境溫度： | -10℃至40℃ |
設備類型 | SJAET-II-I |
額定電壓： | 16 V |
發(fā)射電流： | 0.1-3.0 A |
電流精度： | ±1%（測試） |
供電頻率： | 1-2-4-8-16-32 Hz |
關斷時間： | 0.1μs～100.0μs |
前放增益： | 8-32 |
主放增益： | 8-16-32-64-128 |
工頻壓制： | ≥ 80 dB |
A/D位數(shù)： | 16位 |
表2 系統(tǒng)功能參數(shù)
適用設備材質： | 碳鋼、16MnR、低碳合金鋼（Cr5Mo、19CrMo）等 |
設施壁厚范圍： | 0-40mm |
包覆層厚度： | 0-150mm（掃查精度不同） |
保護層外金屬： | 1mm厚鋁皮、0.5mm厚鍍鋅鐵皮 |
介質工作溫度： | -150℃ 至 500℃ |
檢測小管徑： | DN25（裸管） DN100（保溫） |
同一缺陷重復性： | ±0.2mm |
同一缺陷置信度： | 裸管>95% ；保溫>85% |
環(huán)境防護等級： | PAD電器防爆，主機隔爆（內注氮氣） |
結果顯示： | 測量相對壁厚、掃查疑似缺陷具體位置 |
缺陷位置校準： | 超聲波測厚儀 |
結果顯示： | 2維（B掃） |
缺陷定位： | 整十打點法 |
表3 設備檢測精度 （單位mm）
探頭類型 | 工作 頻率 | 探頭平均 直徑 | 足印 直徑 | 提離 高度 | 金屬損失率（減薄率） |
10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 70% |
P1 | 1-4 Hz | 15 | 17.6 | 4 | 22.3 | 15.7 | 12.9 | 11.1 | 10.0 | 9.1 | 8.4 |
P2 | 1-4 Hz | 20 | 22.6 | 4 | 28.6 | 20.2 | 16.5 | 14.3 | 12.8 | 11.7 | 10.8 |
P3 | 1-4 Hz | 35 | 68 | 50 | 85 | 60 | 49 | 43 | 38 | 35 | 32 |
1-4 Hz | 100 | 100 | 126 | 89 | 73 | 63 | 57 | 52 | 48 |
P4 | 1-4 Hz | 40 | 73 | 50 | 92 | 65 | 53 | 46 | 41 | 37 | 35 |
1-4 Hz | 105 | 100 | 133 | 94 | 77 | 66 | 59 | 54 | 50 |
