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目录1

第一章 电磁检测引言1

第一节 电磁检测的起源1

磁力的早期观测1

19世纪对感应电流的研究2

实用电磁感应检测方法的发展11

早期对导电钢板中涡流和磁滞损耗的检测11

钢材产品电磁检测在美国的发展15

电磁感应检测的发展16

涡流设备的激增18

微波无损检测的出现19

第二节涡流检测方法介绍21

涡流无损检测的典型应用21

在材料中感生涡流的方法22

受检材料性能对涡流检测的影响22

检测涡流密度和流动型态的方法22

涡流检测信号的分析（幅度和相角）23

最佳涡流检测频率的选择24

受检材料中涡流渗透深度的控制24

涡流检测设备的选择25

涡流检测的局限性25

涡流检测的典型工业应用26

涡流检测指示与材料性能和缺陷的关系26

工业涡流检测系统的优点27

涡流检测系统的局限性和缺点29

第三节涡流检测的进展31

涡流检测的微处理器控制31

第四节电磁感应无损检测32

操作原理32

磁场畸变拾取方法33

变压器拾取方法33

结论34

前言35

第二章涡流检测的基本概念和理论35

第一节电学基础36

涡流换能器的特征37

电流的本质41

电阻的本质42

特定电阻率和特定电导率的概念43

第二节电流的磁效应44

感应电流的发现45

安拉哥的振动磁针45

带电导体的磁场45

磁场47

自感的概念48

磁通链的概念48

法拉弟电磁感应定律49

电感的惯性和时滞效应50

第三节磁耦合电路51

互感的概念51

漏电感的概念52

变压器在互感中的作用54

实际互感电路中的电压55

变压器在涡流检测系统中的作用55

正弦函数的峰值和有效值57

时间的正弦函数57

第四节交流电路与时间有关的参数57

正弦时间函数的频率和周期58

正弦时间函数的相位角60

正弦时间函数的数学表达式60

正弦函数的相位差或相位滞后60

相位复矢量的概念61

第五节具有复合量的电路分析62

正弦时间函数的表示方法62

电阻－电感串联电路的交流阻抗63

频率对R-L电路的阻抗影响65

串联R-L电路的复合电压平面分析67

交流电路的功率因素67

串联R-L电路的复阻抗平面分析71

依靠最大电阻信号分量来优化检测灵敏度74

第三章涡流换能器78

第一节涡流换能器引言78

第二节涡流换能器的分类80

影响涡流换能器的因素82

第三节涡流换能器的一般性能84

换能器提离效应84

检测线圈直径对空气中磁场传输的影响85

检测线圈直径对电抗的影响85

线圈直径对磁场轴向传输的影响86

非磁性材料附近检测线圈的电抗87

铁磁性材料附近检测线圈的电抗87

检测线圈和受检材料的间距效应88

受检物体粗糙或弯曲表面的影响90

用大直径探头或增加安匝数来补偿大的90

提离90

第四节涡流换能器设计91

涡流换能器的实验型设计92

涡流换能器的解析型设计93

数值型设计98

数学模型探头设计的实验验证104

杯形芯探头106

第五节各种涡流换能器106

屏蔽式探头115

内径式探头119

环绕式线圈换能器126

多线圈换能器127

其它换能器132

结论133

引言135

第一节检测薄壁管材的环形线圈和内线圈系统135

第四章管材的环形线圈和内轴线圈检测的原理135

外轴和内轴线圈的线圈充填系数的定义136

检测非磁性薄壁管的原理137

薄壁管材阻抗或电压信号的复平面138

充填系数减小后的线圈阻抗和电压信号141

由频率比直接计算有效磁导率142

薄壁管材外径变化的效应142

管材环形线圈或内轴线圈检测的灵敏度143

非磁性薄壁管材检测的最大灵敏度144

薄壁管材频率比的实验确定145

非铁磁性薄壁管材中裂纹的分析145

非磁性薄壁管材中裂纹检测的频率选择146

非磁性厚壁管材检测的复平面图147

第二节厚壁管材环形线圈检测的原理147

充填系数为1时管壁厚度变化的效应148

充填系数减小后管材的线圈阻抗和电压152

信号152

厚壁管材的外径变化效应153

厚壁管材环形线圈检测的最大检测灵敏155

度155

非磁性管材中裂纹检测时检测条件的156

选择156

第三节管材中裂纹的环形线圈检测原理156

检测铁磁性管材中裂纹时检测条件的158

选择158

管材环形线圈检测时交流磁场的分布162

交流磁场强度的幅值衰减162

管材内径和外径两表面处磁场强度的曲162

线图162

铁磁性管材内裂纹检测的最佳频率比165

裂纹检测采用直流饱和线圈时的最佳频166

率比166

环形线圈涡流检测方案举例167

第一节棒材特征频率和有效磁导率的概念167

引言167

第五章线材和细、粗棒材环形线圈检测的分析167

空载线圈电压168

环形线圈换能器内检测材料的影响178

特征频率或极限频率的概念178

涡流检测的频率比180

有效磁导率的概念181

用有效磁导率计算被充满的检测线圈的184

电压184

有效磁导率作为检测频率比的函数184

用有效磁导率计算线圈电压的程序186

第二节环形线圈棒材分选检测的分析188

棒材分选的应用188

棒材直径小于环形线圈的检测原理188

检测棒材小于环形线圈直径的复平面191

比检测线圈小的铁磁性检测棒材的线圈193

电压193

单个环形线圈换能器的阻抗特性194

非磁性棒材分选检测中各变量的分离195

极限频率和材料电导率的实验确定199

分选非磁性棒材时检测频率的选择200

用于分析铁磁性棒材分选的修正关系式201

充填以铁磁性棒材的环形线圈的复平面202

铁磁性棒材检测时线圈充填系数的效应204

分离直径效应与高磁导率效应的不可能205

性205

涡流检测的相似定律207

第三节棒材内不连续性的环形线圈检测的分析210

用于分析棒材内不连续性的模型试验210

相似定律应用于水银模型裂纹检测212

非磁性棒材中裂纹的分析213

棒材检测时比较线圈系统的应用214

具有特定的线圈充填系数时比较线圈的216

裂纹信号电压216

棒材中表面裂纹检测时检测频率的选择218

棒材直径变化效应的抑制218

棒材中亚表面裂纹检测时检测频率的选220

择220

线圈充填系数对棒材内裂纹检测的影响221

线圈充填系数减小后的归一化的裂纹效223

应信号223

非磁性棒材中裂纹深度的定量计算223

铁磁性棒材中裂纹的分析225

第六章板材和箔材的探头和穿透检测的分析227

引言227

板材和箔材检测的应用229

第一节非磁性板材的涡流检测概论229

板材检测的操作原理230

板材和箔材用的检测线圈的布置231

板材检测中线圈几何形状和位置的影响232

探头线圈与环形检测线圈的比较232

探头线圈检测信号的相量示波器显示234

非磁性板材典型的探头线圈检测信号235

第二节板材穿透涡流检测的分析241

板材穿透检测的原理241

板材涡流检测的穿透系数241

板材穿透检测的极限频率241

穿透系数的复平面轨迹线242

检测对象在穿透检测线圈之间的位置的242

独立性242

扁平导体穿透检测的相似定律246

扁平非磁性导体的电导率－厚度乘积的检测246

根据平衡频率确定穿透检测线圈常数248

非磁性金属板材和箔材厚度的直接指示249

直接测量每单位平方导电膜的电阻249

第三节板材和箔材探头线圈检测的分析251

探头线圈与穿透检测方法的比较251

板材探头线圈检测时的耦合有效系数251

探头线圈检测板材时次级电压的复平面252

探头线圈次级电压信号的实部和虚部分量253

差动探头线圈检测时板材的电压信号254

板材单探头线圈检测的电压信号255

板材探头线圈检测的特性因子256

探头线圈因子的实验确定257

根据线圈阻抗的测量来计算探头线圈因子262

的实例262

第四节 电导率的探头线圈测量262

探头线圈有提离时检测信号的复平面262

板材探头线圈检测的提离轨迹线264

的影响264

探头线圈的提离对频率比和耦合有效系数264

控制提离响应特性的探头线圈设计266

探头线圈磁场强度衰减的原因266

用探头线圈测量电导率的灵敏度268

探头线圈检测通用的电导率－频率乘积269

的轨迹线269

用探头线圈作电导率检测时检测频率271

的选择271

对于非磁性材料探头提离效应的抑制273

选择275

探头线圈检测板材厚度时检测频率的275

第五节金属板材和镀层厚度的探头线圈测量275

厚度检测时探头线圈特性的选择275

非磁性金属基体上绝缘层的厚度检测277

绝缘涂层厚度检测用的探头线圈的设计277

探头线圈检测涂层厚度时电导率效应的278

抑制278

两个或更多个导电层的金属复合材料的278

探头线圈检测278

复平面图280

普通标样的要求280

对厚金属基体上的薄导电镀层作探头检测时的280

裂纹探测的方法285

第六节非磁性材料内裂纹的探头线圈探测285

涡流探头线圈检测时裂纹的灵敏度286

在复平面图上裂纹效应和提离效应的分286

离286

测量表面裂纹深度时探头线圈检测条件288

的选择288

测量表面裂纹深度时探头线圈的灵敏度288

球形检测对象的意义290

环形检测线圈极限频率的确定290

测290

第一节环形检测线圈对球体和短零件的检290

第七章球形和短零件的涡流检测290

球体的有效磁导率291

球体的归一化阻抗和次级电压291

用于环形检测线圈和球形零件的复293

阻抗平面的特性293

形状磁导率和退磁因子295

环形检测线圈有效磁导率的计算297

环形检测线圈内非铁磁性球体的复299

电压和复阻抗平面299

用环形检测线圈进行球体的裂纹检300

测300

第二节环形线圈对球体和短零件的检测303

采用球形线圈检测的原理303

球形检测线圈内球形壳体的复平面304

穿透深度的考虑308

从球形壳体到实心球体的过渡309

具有铁磁性芯体的球形壳体310

球形线圈检测与检测对象特性的相313

互关系313

第八章铁磁性管材的涡流检测315

第一节远场低频涡流检测315

远场区316

管壁检测中的涡流318

应用举例319

结论323

第二节磁饱和技术324

检测奥氏体钢管时采用永久磁轭的324

磁化324

第九章 电磁分选技术330

第一节涡流阻抗平面分析330

阻抗平面330

阻抗平面上的提离和涡流效应332

阻抗平面上的电导率和磁导率轨迹333

第二节电导率检测338

合金效应338

铝合金的电导率342

磁导率347

几何条件对测量的影响347

温度对测量的影响349

电导率标样350

第三节磁滞回线特性351

磁滞后351

磁滞回线的测试353

磁滞回线图形分析354

比较电桥检测355

扩展带357

合金与涡流信号的关系358

第四节数显测试设备的使用358

起作用的变量358

微观结构和涡流行为之间的关系358

冶金信号的产生359

第五节电阻的测量361

电阻测试的原理361

电阻测量的应用362

第六节热电分选363

热电效应的应用364

第七节涡流金属分选仪的设计367

传感线圈、输入电路和激发源367

放大电路368

相数字化电路371

振幅数字化372

冶金学信号的产生374

微型计算机的硬件和软件376

第十章电磁检测用的参考标样380

第一节电磁检测标样的介绍380

管形产品的标样380

电导率标样381

涂层厚度标样383

磁性厚度规384

分选标样386

第二节参考标样的功能388

工件的模拟388

不连续性的模拟389

第三节参考标样的制作方法391

钻孔391

纵向缺口392

横向缺口396

第四节规则和规范的要求396

影响缺陷检测性能的电子因素399

检测材料中不连续性产生的信号调制399

第十一章涡流检测用的电子分析线路399

第一节缺陷信号分析所用电子线路的基本要求399

涡流检测信号的放大400

载波抑制401

检出不连续性信号的检波器电路401

抑制无用信号的选择系统401

显示方法402

第二节缺陷信号放大用的电子线路403

载波频率和解调信号放大器403

谐波频率放大404

恢复时间405

放大器漂移405

损耗－传感涡流检测用的放大器406

第三节用于载波抑制的电子线路408

采用信号注入的载波抑制408

用探头线圈桥路中的可调无源元件实现411

载波抑制411

自动载波抑制电路412

高、低电平信号注入414

第四节 用于信号幅值检波的电子线路416

相位选择信号分析系统421

第五节 用于信号相敏检波的电子线路421

移相器和相位分离器的功能423

平均相敏检波器423

半波相敏检波器424

全波相敏检波器425

单二极管相敏检波器425

二极管电桥相敏检波器427

模拟乘法器相敏检波器428

取样相敏检波器429

用减法的相敏检波430

消除相位敏感性的加法或全相系统432

第六节涡流系统用的参数抑制方法433

电桥不平衡实现参数抑制434

相位旋转实现参数抑制434

可调调谐和可调载波频率实现参数抑制435

谐振损耗传感涡流检测中的参数抑制436

第七节用于信号频率选择的电子线路437

用于噪声抑制的调谐载波放大器437

处理已调解信号的选频滤波器系统438

滤波器的电路实现439

有源滤波器439

取样数据模拟滤波器440

线性时基CRT信号显示系统442

第八节阴极射线管信号显示系统442

椭圆检测信号CRT显示系统444

水平信号相位旋转的控制444

复合阻抗平面CRT显示447

水平和垂直偏转放大器功能449

涡流检测指示的阻抗平面变换449

第九节其它信号显示457

模拟仪表显示457

数字信号显示457

高温电阻焊焊缝的检测457

结论459

幅度闸门460

第十节电子门控和报警电路460

相位闸门和框式闸门461

线性时基显示的相位角门控463

以相位闸门为基础的极坐标闸门463

可闻和可视报警464

软件控制的闸门465

第十一节同时多频检测电路466

利用带通滤波器的频率分离467

使用差频技术的频率分离468

抑制多个干扰条件用的信号合成方法469

控制仪器设置470

计算机控制仪器功能的电路470

第十二节计算机接口电路470

读出仪器输出471

发送输出到外围设备471

并行接口协议472

仪器输出的计算机分析系统473

信号分析用的软件方法473

结论474

第十二章采用霍尔效应元件的电磁检测法476

第一节霍尔效应磁场探测器介绍476

采用霍尔效应探测器检测的原理476

霍尔探测器的原理476

霍尔效应探测器的操作特性478

霍尔元件的电路478

第二节霍尔探测器的构造480

多维霍尔探测器的排列480

霍尔探测器的定向响应特性480

线性多通道霍尔探测器的排列481

霍尔探测器的桥式排列483

差分霍尔探测器系统484

第三节霍尔和线圈拾波检测系统的性能差别484

用探测器测量磁场参数485

测量中所包括被检物的区域486

对检测频率和磁化波形的响应486

对局部磁场取向的响应487

探测器同涡流场的耦合程度487

仪表的设计原理488

磁响应场矢量的分解488

第四节 用于霍尔探测器检测系统的仪表488

绝对磁响应分析仪的电路490

校准和标准化491

简单差分磁响应分析仪电路492

操作方式493

第五节 用霍尔探测器对薄板进行探头线圈检494

测的特性494

复平面图494

对均匀薄板探头线圈检测的特性495

检测薄板电导率变化的影响495

检测频率变化的影响495

与探头线圈拾波器的一致性496

磁化线圈直径的影响497

探头提离间距的影响499

板边和缝的影响501

短缝的影响501

长缝的影响502

第十三章涡流技术在钢铁工业中的应用504

前言504

第一节检测室温产品的旋转电磁系统504

产品转动的涡流检测系统504

传感器转动的涡流检测系统514

第二节检测室温产品的非旋转电磁系统522

多探头涡流系统522

单探头涡流检测系统524

第三节高温情况下的检测528

环形换能器530

探头换能器531

涡流检测器531

连续对接焊管子的检测533

高温细棒材的检测536

高温连铸坯的检测538

铸造圆钢坯旋转的涡流检测540

水冷和空冷的旋转探头系统540

高温连铸板坯的检测546

高温无缝钢管的检测547

高温粗棒材的检测551

涡流检测在航空工业中的典型应用561

铝合金航空材料和部件的评价561

引言561

第十四章 涡流技术在飞机骨架检测中的应用561

目的和范围562

第一节金属和涂镀层厚度的涡流检测563

测量金属部件上的涂镀层厚度563

金属厚度的涡流测量技术564

涡流法测量导电涂镀层的厚度565

涡流法测量非导电覆盖层厚度567

覆盖层厚度测试的可行性判据568

验证覆盖层厚度测量的可应用性步骤569

金属间隙572

涡流导电仪的选择573

第二节金属电导率的涡流检测573

对涡流电导率标样的要求574

影响电导率的因素575

仪器校准和影响电导率测试结果的一576

些因素576

涡流电导率测试的工作频率585

以微欧姆厘米为单位的电阻率与％IACS586

电导率之间的转换586

根据温度变化涡流电导率修正的测试数据………586

使用涡流电导仪分选合金混料587

可热处理铝合金电导率范围的重迭587

第三节 用涡流电导率测试法分选铝合金混料587

铝合金测试用电导仪量程的选择588

铝合金热处理状态的电导率分选588

各科回火度的铝合金的特定电导率范围589

第四节 飞机铝结构件过时效或热损的评价589

引言589

电导率、硬度、强度（CHS）的关系591

2014铝合金的涡流检测592

2024铝合金的涡流检测594

7075铝合金的涡流检测598

飞机结构件热损或烧损的评价604

铝钎焊的钛蜂窝结构中钛铝化物的检测606

第五节对钛合金作电导率测试的应用606

钛和钛合金上α－渗层的探测606

第六节螺栓孔的涡流检测609

螺栓孔的涡流检测609

螺栓孔检测的参考标样610

螺栓孔检测的步骤612

螺栓孔的自动检测613

第七节典型的航空材料测试中的阻抗平面分析616

复阻抗平面上的涡流测量616

为期望的测试结果选择检测频率617

因腐蚀而致的金属减薄619

涡流阻抗平面分析的应用619

金属间隙620

局部的金属减薄621

铝翼蒙皮紧固件孔周围层离腐蚀的探测623

表面裂纹探测626

通过旋转阻抗平面响应改进裂纹检测627

效果627

表面裂纹探测631

第八节飞机结构的低频涡流检测632

飞机结构检测的渗透深度632

飞机结构低频涡流检测的应用633

飞机窗带拼接裂纹635

裂纹探测的改进638

结论638

第十五章涡流检测的应用641

第一节涡流检测在制造业中的应用641

主轴的硬度及硬化层深度的测量643

盘状刹车片的裂纹检测645

主制动器汽缸上裂纹和微孔的检测以及646

机加工孔的检测646

变档棘爪簧的硬度分类649

球接柱螺栓的硬度和硬化层深度的分类650

柴油发动机钢活塞上的镀锡层厚度652

冷镦齿轮坯裂纹的检测654

传动制动齿轮的检测655

活塞销的检测657

减震管的检测658

轮毂和轴的硬度及其硬化层深度的检测660

凸轮轴热处理的检测662

滚珠轴承的硬度试验机664

紧固件的检测665

第二节工业空调热交换器管的单频涡流检测666

检测频率的选择668

检测热交换器管子的设备668

绝对式检测669

损伤机理673

检测指南675

第三节增殖反应堆燃料元件的涡流检测675

燃料元件的设计676

构造676

钠粘结检测677

包覆层完整性的检测678

信号分析682

第四节数据分析指南682

小结682

影响信号分析的变量683

相甄别分析技术688

多频率和多参数分析技术691

不连续性深度的分析693

第五节涡流检测在电力事业中的应用695

第十六章微波理论699

前言699

第一节微波的性质699

微波理论和技术的发展700

微波和材料的相互作用701

第二节微波的传播特性702

行波的特性702

平面电磁横波（TEM）的特性702

电磁波的极化705

电磁波的能量密度706

平面电磁波的功率密度707

平面波的能量、相速度和群速度707

平面E波的电磁波动方程707

相速度的解释708

双频微波的拍频调制709

群速度的解释710

在色散介质中微波的传播711

平面电磁波的折射率712

电介质的特性阻抗713

金属导电介质的特性阻抗714

第三节微波在分界面的反射和透射714

微波和超声波的相似性714

两个相反方向行进的平面电磁波的715

反作用715

微波自理想导体反射所造成的驻波716

微波自分界面部分反射所形成的驻波717

平面电磁波在边界上的反射和透射718

用相位复矢量分量表示的复特性阻抗值719

平面电磁波的透射系数和反射系数720

用阻抗失配比表示的电磁波能量透射系数722

和反射系数722

微波在导电材料中的标准渗透深度723

由渗透深度确定微波在导体中波长724

导电媒质中微波的相因子和衰减系数724

在分界面上微波部分反射所形成的驻波725

部分反射微波束的驻波包络725

驻波比726

由驻波比确定微波反射系数726

介电板的反射729

（Snell）定律732

微波在边界上反射和折射的斯湿耳732

反射和透射（折射）微波束幅度的733

菲涅耳（Fresnel）公式733

微波束自小反射体的散射735

各种形状和阵列反射体的微波散射738

第四节辐射方向图739

菲涅尔场或近场739

夫朗和费场或运场741

第十七章介电材料的微波特性743

引言743

介电迟滞损失的性质744

第一节宏观性质744

复介电常数的复磁导率744

介电材料的性质745

极化电介质上的表面电荷密度747

介电通量密度747

介电材料相对介电常数（介电常数）748

微波束引起的介质加热和耗损现象749

复介电常数的实部和虚部749

介电材料复电流密度749

损耗介电材料微波试验的相位复矢量图757

的分析757

损耗介电材料的介电相位常数759

损耗介电材料的介电衰减常数759

电磁行波的传播常数760

电流泄漏材料中的传导电流密度760

第二节分子特性764

微波与介电材料的分子相互作用764

第十八章微波法及其在无损检测中的应用768

引言768

第一节微波检测的历史和现状768

第二节微波电路769

概述769

微波电路器件772

第三节无损检测的微波方法784

基本微波电路786

调频（FM）测距系统790

调频（FM）谐振腔技术804

阻抗平面图分析805

第四节微波的无损检测应用806

微波与超声比较806

介电材料微波应用809

厚度测定812

内部不连续性的检测819

材料性能的测量825

微波对金属的应用832

微波的其他应用834

第五节微波湿度测定837

湿度测量原理838

第六节微波辐射安全性854

第十九章涡流场的计算机模拟856

第一节模拟的数学基础856

基本场方程858

对解析模拟和数值模拟的综述860

第二节解析模拟861

积分解题方法863

第三节数值模拟865

有限差分法866

边界和边界条件871

系统方程的解法873

第四节有限元法874

两维和轴对称几何条件的有限元公式化875

涡流问题的能量函数876

有限元离散化876

有限元方程式878

四边形等参数元879

方程极小值化880

边界条件881

磁矢量势的计算882

第五节涡流检测物理过程的模拟883

探头设计模拟886

有限元模型在简单差动和独立涡流探头888

设计方面的应用888

仿真模拟894

结论900

第二十章多频涡流检测的概念901

第一节多频检测引言901

多频检测的必要性901

多频方法的物理基础903

第二节操作原理906

代数方法906

坐标转换方法907

组合方法908

第三节多频仪器系统911

多频检测设备911

同步频率仪器913

交替频率仪器914

模拟分析系统915

采用差分轴型探头的管材检查917

第四节多频检测应用实例917

数字分析系统917

多频方法的参数消去过程919

第二十一章分流通量理论922

第一节漏磁通的介绍922

工业应用的范围922

典型的不连续性923

磁性测量单位924

退磁场928

第二节 用直流产生的磁化力932

磁化线圈932

所使用的直流电934

电容器放电装置936

磁轭938

最佳运行点939

第三节漏磁探伤的基础940

福斯特基本理论941

漏磁场理论预测与实测数据的对比948

漏磁场磁通量950

剩磁感应场转向效应950

激励磁场倾斜的影响952

折叠的磁场953

有限元法954

用漏磁通检验的工件类型960

第二十二章分流通量的应用960

第一节分流通量应用入门960

用漏磁通检测的不连续性的类型967

不连续性的影响968

用于漏磁通检测的传感器969

典型的漏磁通应用977

危害性评定995

第二十三章术语和表997

第一节术语997

第二节表1013

第三节推荐阅读材料1023