Физические основы метода вихревых токов

Электромагнитный метод (метод вихревых токов) основан на регистрации изменений электромагнитного поля вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависит от его геометрических, электромагнитных параметров и от взаимного расположения измерительного вихретокового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный или импульсный ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

ЭДС (или сопротивление) преобразователя зависит от многих параметров объектов контроля, т. е. его информация многопараметровая. Это определяет преимущество и трудности реализации метода вихревых токов (МВТ). С одной стороны, МВТ позволяет осуществить многопараметровый контроль; с другой стороны, требуются специальные приемы для разделения информации об отдельных параметрах объекта. При контроле одного из параметров влияние остальных на сигнал преобразователя становится мешающим, и это влияние необходимо уменьшать.

Другая особенность электромагнитного контроля состоит в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на расстояниях небольших, но достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметра до нескольких миллиметров). Поэтому этим методом можно получать хорошие результаты при высоких скоростях движения объектов контроля.

Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации контроля.

Одна из особенностей МВТ состоит в том, что на сигналы практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими вещест­вами.

Простота конструкции преобразователя — преимущество МВТ. В боль­шинстве случаев катушки помещают в предохранительный корпус и заливают компаундами. Благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах в широком интервале темпе­ратур и давлений.

Метод основан на возбуждении вихревых токов, а потому применяется в основ­ном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводниковых структур. Ему свойственна малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной проникновения в контролируемую среду электромагнитного поля.

Для определения зависимости выходных сигналов от параметров контролируемых изделий необходимо решать краевые задачи электродинамики по расчету электрических и магнитных полей для различных вихретоковых преобразователей и контролируемых изделий. Это затрудняет теоретическое определение математических зависимостей, общих для всех типов преобразователей. Правильным выбором обобщенных расчетных моделей можно ограничить число задач по расчету электромагнитных полей и параметров вихретоковых преобразователей. Одним из путей сокращения числа расчетных моделей являются систематизация и обобщение контролируемых изделий, основанные на особенностях формы их поверхностей.