Вихретоковые преобразователи (ВТП)

Вихретоковые преобразователи (ВТП) по своей конструкции схожи с индуктивными и трансформаторными датчиками соленоидного типа. Они представляют собой одну или несколько катушек (чаще — две), с помощью которых в электропроводящем объекте контроля возбуждаются вихревые токи и осуществляется их регистрация

Результат взаимодействия поля возбуждающей катушки (ВО) и поля, возбуждаемого вихревыми токами, регистрируют либо отдельной измерительной катушкой (ИО), в которой наводится ЭДС результирующего поля, либо той же возбуждающей катушкой, электрические параметры которой изменяются в результате взаимодействия полей. Поскольку сигналы ВТП имеют комплексный характер, то в первом случае информативными параметрами являются амплитуда и фаза наведённой в измерительной катушке ЭДС (или действительная и мнимая составляющие \(\tilde{U}\)), а во втором — составляющие комплексного импеданса катушки: \(Re\tilde{Z}\) и \(Im\tilde{Z}\).

В случае изделий плоской формы, как показано на рисунках, изменение напряжённости магнитного поля вглубь материала описывается выражением:

где \(H_{0}\) — напряжённость магнитного поля на поверхности изделия; \(α=\sqrt{\omega μσ/2}\) — параметр, определяемый магнитной проницаемостью \(μ\) материала изделия, его электропроводностью \(σ\), частотой возбуждающего тока \(\omega\); \(x\)  — координата в направлении распространения волны перпендикулярно поверхности изделия. Первый сомножитель выражения \((15.6)\) \(H_{0}e^{–αx}\) характеризует амплитуду убывания вихревых токов вглубь изделия, второй — изменение фазы волны. Глубина проникновения электромагнитной волны \(\delta =1/α\), под которой понимают расстояние, на котором напряжённость поля ослабляется в \(e=2,71\) раз, для металлов невелика, что ограничивает возможности контроля достаточно тонкостенными изделиями — листами, трубами, прутками, проволокой и т. п.

Поскольку параметры электромагнитной волны и соответственно поля вихревых токов зависят от электропроводности материала \(σ\), магнитной проницаемости \(μ\), размеров изделия (например, толщины листов или диаметра прутков), появляется возможность их измерения путём регистрации информативных параметров. Существуют вихретоковые толщиномеры, измерители электропроводности, структуроскопы, дефектоскопы. Существенно, что возможности метода можно расширить, проводя измерения на разных частотах и осуществляя многопараметровый контроль. Однако при этом возникает необходимость отстройки от влияющих факторов. В качестве примера на рисунке приведена диаграмма комплексной плоскости напряжений ВТП, характеризующая зависимость составляющих наведённой ЭДС (действительной и мнимой) от параметров объекта и режима контроля. Стрелками показаны направления изменения составляющих при изменении электропроводности \(σ\) трубы и её диаметра \(d\).