Ｉ 一 研发展…………………………一 浅谈涡流探伤技术在交通安全领域的应用 Ａ Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｄｄｙ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｔｒａｍｃ Ｓａｆｅｔｙ 长安大学公路学院Ｙｕａｎ Ｆａｎｇ，Ｍａ Ｘｉｎｄａ，Ｐａｎ Ｚｉｙｕ，Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｆｅｉ 袁方马欣达潘耔好王鸿飞 （Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６４，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】对无损检测技术在交通领域中的应用现状进行了回顾，并分析了涡流探伤技术在交通设施检测工作中的优势与可行性，提出了应用于交通设施无损检测设备研制 的方案。 【关键词】道路养护；交通安全；无损检测；涡流探伤 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｖｉｅｗ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｄｏｎ ｏｆ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｉｔｖｅ ｔｅｓｉｔｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｒａｆｉｆｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａｎａｉｙｚｅ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｍｑｕｃ Ｐｒｏｐｏｓｅ ｓｏｍｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｑｍｐｍｅｎｔ ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ；ｔｒａｆｉｆｃ ｓａｆｅｔｙ；ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｉｔｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ；ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｓｔｉｎｇ 金属材料被广泛应用到公路、铁路及停 车场等交通基础设施中，是承受荷载的主要 材料。金属材料在使用阶段受到荷载应力及 环境因素的影响，其表面易产生微裂缝。这 些裂缝随着时间的推移会持续发展，构件的 强度及耐久性就会相应降低，从而影响交通 安全。因此，必须对各种交通基础设施中的 金属部件进行定期的检测，必要时要进行更 换 。 对道路交通基础设施的检测，必须保 证其原有的工作性能不受影响。上个世纪中 叶，欧美一些国家相继研制出了应用于交通 基础设施的无损检测设备（如大型超声轨道 探伤车）。这类设备虽然设计原理先进，检 测结果精准，但大多具有体积大、造价昂贵 的缺点，无法大规模地配备使用。 我国交通设施的无损检测工作起步较 晚，在一些重点工程的检测工作中多用大型 进口设备。采用大型检测设备进行常规检测 工作通常要对交通进行封闭。我国公路、铁 路总里程长，交通运输量大，频繁地封闭 交通进行检测必然对正常的交通带来负面影 响。因此，有必要自主发展高效率、微型 化、智能一体化的无损检测设备。 １．涡流检测的优势及可行性 目前世界上常用的无损检测方法主要有 超声检测、磁粉检测、射线检测、渗透检测 和涡流检测五种。常用的无损检测方法的基 本原理及适用性如下： （１）超声检测 超声波在均匀介质中沿直线方向传播。 工件中若存在缺陷，则缺陷内部的空气和材 料本身的声阻抗便会有差异。因而超声波在 传播到这个缺陷界面上时，就会有一部分超 声波发生反射。这部分反射的超声波经仪器 采集分析，便可得到其内部缺陷大小及位置 等信息。这种检测方法对于工件内部的平面 缺陷检测非常灵敏，且安全无害，检测设备 也易实现自动化。但其对工件的表面光洁度 有非常高的要求，且需要声耦合剂来填充探 头与工件表面之间的空隙。对于结构复杂或 者有焊缝的工件，超声波会在某些非缺陷界 面上发生乱反射从而影响检测结果。另外， 这种检测方法也要求检测人员具有丰富的经 验，对检测结果的判断存在较大的主观性。 （２）磁粉检测 磁粉检测是将磁粉均匀吸附在工件表 面，当工件表面存在缺陷时，磁场会在不连 续的地方产生畸变。此时在缺陷部位出现的 磁痕可用肉眼观察到。这种方法操作简单， 一６６一 电子世界 检测灵敏度高。缺点是只能检测工件表面的 果不易储存及重现。因而也不适合作为交通 缺陷且对操作人员的经验要求较高。另外检 基础设施常规检测的首选。涡流检测技术虽 测的范围小、效率低，且不易实现自动化。 然只能应用于磁性金属材料表面极其近表面 （３）射线检测 缺陷的检测，但由于自然环境作用的影响产 当ｘ射线穿透工件时，射线本身的能量会 生的裂缝也多在表面发生，涡流法完全可以 发生衰减。如若工件内部存在缺陷，在这一 满足定性检测任务。此外，涡流法易于实现 点上对ｘ射线的衰减就会减弱。这时采用一定 检测自动化和一体化，检测效率高且成本较 的技术手段来采集各个检测点的ｘ射线的强度 低，因此较之其他无方法有很明显的优势， 就可以直观地发现缺陷的位置和大小。这种 可以满足大规模的常规检测的需要。 方法对缺陷的形态、位置都可以有准确、直 ２．设备的设计构想及应用领域 观的反映。但射线对操作人员的生理危害较 涡流探伤设备基本模块包括函数发生 大，且检测成本相对较高。 器、信号放大器、传感器、驱动器及显示器 （４）渗透检测 等。其基本的工作原理可以描述为：首先由 渗透检测是将荧光染料涂抹在工件表 函数发生器生成稳定的交流信号，接着由放 面，当工件表面存在微裂缝时，染液就会由 大器将信号进行放大然后输送到传感探头。 于毛细作用渗透进裂缝内部。然后去除表面 当探头接近工件时，工件表面形成涡流并产 荧光染液再喷以显影剂，就可以观察到表面 生反向的交变磁场，该交变磁场会使得传感 裂缝的位置。这种检测方法对工件的材料种 器线圈中生成反向的感应电流。这部分电流 类、表面形状都没有严格的。对极其细 即检测信号，通过放大器放大之后再经过芯 微的裂缝也就较强的灵敏性。但这种方法检 片处理并经驱动器驱动反馈到监视设备上。 测结果依旧靠肉眼观察，主观性强，检测的 其工作流程如图１所示： 范围较小、效率低且不易实现自动化。 （５）涡流检测 当线圈通有交变电流时，线圈内部及周 围会产生交变磁场。当这种线圈靠近导电材 料时，会在导电材料近表面处产生漩涡状的 交变电流，称为涡流。涡流产生的磁场可以 反作用于通电线圈，当工件存在缺陷时，涡 流的大小会产生变化，导致线圈中交流电的 图１涡流检测设备的工作流程 变化率发生变化。这种变化可以通过技术手 涡流探伤设备原理简单，探头与大规模 段采集分析，从而得到缺陷的位置等信息。 集成电路结合易于实现一体化智能设计，并 这种检测方法的优点在于可以不接触工件表 使得设备小型化。针对不同的检测对象，可 面，检测效率高。由于通过探头采集的信息 以在基本模块上增加定制模块和特殊的外观 是电流信号，易于储存及数据处理，从而易 设计来满足检测的需要。以下简单介绍几种 于实现检测自动化。这种检测方法的缺点是 针对不同的检测对象的设备的设计方案： 只能检测导电材料表面极其近表面的缺陷， （１）钢轨检测设备 无法检测内部缺陷，而且不能用于检测表面 主机下部设置有贴合钢轨的凹槽，凹 形状复杂的工件。 槽的侧壁和顶部安装滚轮。机体顶部链接有 由于我国的交通设施数量多，检测任务 可调节角度的长手柄，监视器固定在手柄中 繁重，为了适应常规检测的需要，检测技术 段。检测人员手持手柄沿铁轨方向前进，当 的选用必须符合高效、经济、操作简便的原 仪器检测到裂缝时，监视器会报警并返回检 则。经过以上分析可以看出，磁粉检测和渗 测信息 。 透检测的检测范围小、效率低且不易实现检 （２）高速公路防撞护栏检测设备 测的自动化。射线检测虽然检测结果精准， 主机外观采用ｕ形设计，在ｕ形凹槽的 但高能射线对操作人员的生理有不良影响， 内部安装滚轮，贴合波形防撞护栏。这类设 且成本较高。超声检测需要大规模地使用耦 备宜添加自走模块，将仪器安装在防撞护栏 合剂，无法有效控制成本。且交通基础设施 上后，仪器即可实现自动行走并自动记录裂 （如高速公路防撞护栏）长期暴露在野外， 缝的位置、大小等信息。宜添加无线传输模 其表面受到风、水、温度等自然因素影响， 块，实现检测信息的无线传输与储存。 表面光洁度无法满足检测的需要，且检测结 （３）机械式立体停车场检测设各 …………………………一 缎发展一一 － 荧光分析仪的原理及常见故障处理 湖北民族学院附属民大医院李攀 荧光分析仪在医院和实验室广泛地使 五、仪器使用注意事项 在２７９±２ｎｍ左右，看出峰位置是否正确。如 用，故障也是比较复杂。针对我们日常的工 仪器使用交流２２０Ｖ￣１０％，频率为５０Ｈｚ电 果满足上述条件，说明仪器是正常的。 作，归纳如下： 源；务必使用接地良好的三芯电源插座，仪 ①仪器开机自检不通过，计算机系统出 一、荧光分析法的基本原理 器应放置在平稳牢固的工作台面＿卜，应避开 错。 处于基态的被测物质的分子在吸收适当 阳光直射，仪器周围无强磁场、电场干扰。 ②驱动电路出错，电机故障。 能量，如光、化学、物理能后，其共价电子 各连接线需连接可靠，打开仪器罩盖后，避 ⑧显示结果不稳定。光门开启不正常， 从成键分子轨道或非键分子轨道跃迁到反键 免在负高压工作状态下有强光照射到接收器 负高压不稳定，光源不稳定，样品本身不稳 分子轨道上去，形成分子激发态。分子激发 上。注意开机顺序，一定待汞灯点亮后，才 定。 态不稳定，将很快衰变到基态。在分子激发 可开主机电源开关以免击坏电路板。 ④显示结果异常偏低，汞灯寿命到。或 态返回到基态的同时常伴随着光子的辐射。 六、部件的调换和维护 汞灯的光不能聚焦在其狭逢上，调节汞灯光 这种现象就是发光现象。荧光则属于分子的 进行仪器外壳拆卸和部件调换之前， 源位置。灵敏度设置６０￣Ｈ９９，量其电压是否 光致发光现象。 务必关断仪器电源，拔离电源线。在调换某 在５５０Ｖ￣９００Ｖ左右。 二、荧光分光光度计的特点 些部件时，需先把仪器外壳拆卸后，才可进 ⑤无结果显示。无激发光源（汞灯不亮）， 用荧光分析法分析的仪器，称荧光分光 行。仪器外壳两侧各有２个固定螺钉，后面板 无负高压。光门没有开启，信号传输线断开。 光度计。荧光分析法具有灵敏度高（比紫外、 有５个固定螺钉（见仪器后面板图），旋下这些 ⑥无负高压。负高压开关没有被压下 可见分光光度法高２ ３个数量级），能提供激 螺钉后，打开样品室门，往上抬起仪器外壳 或坏（样品池盖子旁的微动开关），负高压转 发光谱、发射光谱、发射强度、特征峰值等 到其高度超过机身高度时，才可往旁边放好 换开关在手动状态，查负高压是否正常，检 信息，在生物、环保、医学、药物、石油勘 外壳，在拆卸外壳的整个过程中，注意观察 查方法如下：将仪器灵敏度设置为６Ｏ，万用 探等诸多领域都有广泛的应用。本仪器不仅 样品室门右边的负高压工作开关不被碰撞而 表在直流档１Ｏ００Ｖ以上，把负高压的输出头 能直接、间接地分析众多的有机化合物；另 变形损坏。 拔下，万用表的一头放在负高压的输出端， 外，还可利用有机试剂间的反应，进行近７Ｏ １．光门的调换 另一端接地（负高压的外壳或负高压的接地 种无机元素的荧光分析。荧光的光谱特征是 光门在仪器的中间部位，光门部件支架 端），压下样品池下的微动开关，测量电压 荧光光谱总是滞后于激发光谱即斯托克斯位 脚上有两个固定孔，用螺丝固定在仪器底板 值在５５０Ｖ左右。同样方法，将灵敏度设置为 移。 上。掉换光门后，在原来的电线连接处重新 ９９，测量其电压值在９００Ｖ左右，如偏低，调 三、荧光强度与物质浓度的关系 接线，需注意电线接头处的绝缘保护。 节仪器面板后放大板上的电位器，将其调到 １．对于某种荧光物质的稀溶液，在一定 ２．电路板的调换 ９００Ｖ左右。说明负高压正常。如果灵敏度设 强度的激发光照射下，荧光物质的发射强度 仪器三块电路板位于仪器左边后半部 置从６０￣１１９９变化，测量其电压不是以上范围 与入射光的强度以及检测器的放大倍数成正 分，每块电路板分别有两个固定脚，拧开固 或变化小，或不变，调节电位器后仍不变， 比，可以用以下公式表示： 定螺丝，换上新板即可。 则负高压有问题。如偏离，调节方法如下： Ｆ＝ＫＩＦＣ ３．负高压源的调换 打开仪器，打开光路部分的盖子，调 Ｋ一一与仪器系统有关的常数 负高压源位于仪器中后部的两个支架 节光栅后面左下方的螺钉，先松开里面的螺 Ｉ一一入射光的强度 上，卸下之前请先拔下电源进线，旋下负压 钉，调节外面的螺钉，幅度不要太大，大概 Ｆ一一荧光物质的荧光效率 输出线。 １５度左右为ｌｎｍ，如波长偏大，则顺时针调 ｃ一一荧光物质的浓度 ４．汞灯的调换 节，反之，逆时针调节。调一点，测一次， ２．当样品浓度增大到一定值时，荧光强 在进行汞灯调换时，请务必关断所有电 幅度不要太大，正确后固定里面的螺钉。 度与浓度就不成线性关系。 源；调换汞灯时，注意不要用手触摸灯管表 八、结束语 原因一：样品浓度较高时，液池前部的 面。调换步骤如下： 定量荧光仪中除汞灯外大多数电路为 溶液强吸收则发生强的荧光，液池后半部的 （１）打开仪器外壳灯室上方圆形塑料盖， 小功率电路，一般情况下不容易损坏，很多 溶液不易受到入射光照，不发生荧光，所以 即可看清灯室上方状况； 故障经过调节机内的可调部件便可解决。由 荧光强度反而降低。 （２）卸下固定滑板，即可看清灯室内部状 于该定量荧光仪的汞灯的开关和主机开关分 原因二：在浓度较高的溶液中，可能发 况； 离，在使用过程中，如果开机顺序错误，很 生溶液溶质与溶质问的相互作用，形成一种 （３）旋松汞灯上方电极的滚花螺帽，拿出 容易导致放大电路损坏。所以，建议厂家进 不致荧光的复合物，从而造成荧光强度反而 连接线，注意不要将连接线滑入仪器内部； 行改进，可以先给微电脑和汞灯加电，在检 降低的现象。 （４）通过固定灯用螺丝刀插孔旋松灯下端 测汞灯的状态正常后再给放大电路加电。 四、工作原理及结构 固定螺钉； 只需对电路和微电脑的程序少做改动即可解 由光源发出的光经滤光片后成为单色 （５）拿出旧灯，换上新灯。 决。这样便可避免由于开机顺序的缘故导致 光，样品在此单色光的照射下，产生荧光， 七、仪器故障及判断 仪器的损坏。 荧光由大孔径非球面镜的聚光及光栅的分光 开机稳定后，作一个纯净水的全波段扫 后，照射于光电倍增管上，光电倍增管把光 描（２００—６００ｎｍ），与正常仪器水的谱图相比 作者简介：李攀（１９８１一），男，湖北恩施人，硕士 信号转换为电信号，经放大处理，最后由计 较，看谱图形状是否相近。观察水的散射峰 研究生，助理工程师，主要从事医疗设备管理工作。 算机输出显示或进行图谱打印。 是否在２５４±２ｎｍ左右，观察水的拉曼峰是否 主机上安装背带，便于操作人员携带。 检测设备的研制成为了可能。我国正处于全 备一体化及易于操作的特点可以实现大规模 检测探头安装在连杆手柄上。连杆通过柔性 面建设向全面养护的转型期，开发具有自主 的配备，总体上降低了检测工作的投入。由 线缆与主机连接。监视器设置在主机外侧。 知识产权的无损检测设备不但可以获得较大 于常规检测多半是以定性为主，涡流检测法 这种设计的优点是便于操作人员携带，探测 的经济效益，更是我国交通行业综合实力的 的精度完全可以满足需要，具有很强的可操 连杆不受主机机位。检测人员只需按规 体现。涡流检测设备的关键在于探头设计及 作性及市场前景。道路交通设施的无损检测 程扫描金属构件表面，主机就会自动记录病 检测电流的处理。涡流检测的结果受到材料 是一个多学科交叉的课题，设备的研发有赖 害信息。 自身物理特性的影响较大，但如果能采用特 于多行业的配合。限于水平，观点如有不妥 ３．结语 定的电路进行处理，筛选出主要变量而抑制 之处，还望批评指正。 随着电子技术的发展，智能一体化无损 其他变量，即可提高检测的精准度。此类设 电子世界 一６７—
