电磁电涡流测厚仪

近日，由上海测振自主研发的YDYT9800一体化电涡流传感器成功试用负600米深海作业。YDYT9800一体化电涡流传感器电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力测量金属导体距探头表面的距离，它是一种非接触线性化计量工具，被广泛应用在机械、航空、汽车、电力、石油、化工、冶金等行业。其中，深海作业对电涡流传感器的壳体、探头、接头、电缆等都有非常高的品质要求。电涡流传感器在深海作业过程中，因所处环境较为恶劣，极有可能出现个类故障，造成经济损失甚至重大事故。上海测振的技术研发团队经多次试验，最终攻克超高水压密封、高腐蚀环境、复杂电磁干扰等难题，通过微型封装技术把前置器内置探头内部，完成探头与前置器融为一体化方案，可满足深海领域的使用环境要求。作为深海领域传感器的代表作，YDYT9800一体化电涡流传感器采用耐腐蚀、耐水解的壳体、探头、接头、电缆等，防水及密封性能强，可在恶劣环境下长期稳定工作，此外，还具有安装使用方便、非接触测量等优势，是一种高性能、低成本的新型电涡流位移传感器，可对厚度、速度、位移、转速、应力、表面温度、材料损伤等进行持续不间断的测量。当前传感器国产化需求加重，国内传感器正在趋向技术化、创新化、自主研发化路线发展。YDYT9800一体化电涡流传感器的成功研发，正表明了我国传感器技术在不断突破，同时也将助推我国深海工业领域的不断发展。关于上海测振：上海测振自动化仪器有限公司（简称“上海测振”）成立于2006年，专业从事研发和生产振动传感器、位移传感器、转速传感器以及工业监控保护仪器，具有自营进出口贸易权。主要经营的产品有电涡流位移传感器，振动传感器，转速传感器及其配套仪器仪表四大类，包括四十多个不同型号，其中YD9200A、CZ9300、YDYT9800、YD260、YD280为国内首次推出。产品覆盖军工、重工、科研、教育等各个领域，与中国航空工业集团、沈阳黎明航天发动机集团、大连华锐重工集团等知名企业建立了良好的合作关系。

HPI (High Performance Industrietechnik GmbH)总部位于奥地利兰斯霍芬，为轻金属行业开发、设计、制造和交付交钥匙设备。冶金制造商通常使用轻金属（如铝和镁）来生产轻型合金类产品。HPI为它的其中一个冶金客户创新并开发了一种用于无损材料检测的自动化电导率测量系统。HPI制造的电导率测量系统集成了我们的NORTEC™ 600涡流探伤仪，将我们的涡流探伤仪用于测量和测试以满足质量需求。制造一款以生产线速度验证电导率的系统HPI制造了一款系统来进行电导率测试，用于评估铝板的热处理状态。这些铝板最宽4,200 mm，最长33,000 mm，厚度范围为1 mm到210 mm 。这些铝板会被加工成铝镁合金半成品，供应给航空工业。这家冶金公司需要为其新的轧钢机组配备该系统，其中包括冷轧机、热轧机和板材热处理。其制造工艺要求采用内置的可靠NDT检验解决方案，在提高生产率的同时确保其材料符合国际公认的标准。HPI面临的挑战是开发这样一款系统：在保持一致的测试性能的同时，还需要实现高速测量铝板电导率。正在生产线辊道上运输的大型铝板为什么制造商需要测量金属电导率通过测量电导率能够确定材料允许电流通过的程度，即能够确定材料的电流传导性能。此测试使制造商能够收集有关物质成分的信息。通过这些测试数据，用户可以确定材料是否适合其预期用途。许多行业都在其质量控制和制造工艺中引入电导率测试。其目的是为了验证金属结构是否完整性，以便能够实现最终产品所需的耐用性和性能。必须测量飞机建造中使用的铝材电导率以了解其放电能力，从而确保铝材承受雷击等事件时的材料应力承受能力。电导率测试通过检测合金硬度的变化可以确认材料是否因热处理而受损，令其脆性增加。铝材的优点、缺点和典型缺陷铝材的密度低于其他常见金属。例如，钢材的密度大约比铝材高三分之一。由于重量轻、强度高，铝材是飞机制造的理想材料，一些统计数据估计，现代飞机制造中铝材占比为75–80%。因为主要由铝材制成，飞机可以承载更大的重量，并且更省燃油。铝合金的另一大优点是耐腐蚀性，这增加了飞机的耐用性。飞机经常受到恶劣天气和极端气候的影响，需要耐受从高空的冰冻温度到包括雪和暴雨在内的降水等因素。尽管铝材具有高度耐腐蚀性，但它也是一种化学活性金属，因此某些情况下也会发生腐蚀。铝制组件容易受到各种类型腐蚀，其中包括：表面点蚀晶间腐蚀剥离腐蚀应力腐蚀开裂（SCC）疲劳开裂微振磨损制造工艺（如机加工、成型、焊接或热处理）可能会在铝板（并因此在飞机零件上）留下应力。超过应力腐蚀阈值时，这种残余应力可能会在腐蚀性环境中导致开裂。涡流NDT技术在航空航天应用中的优势涡流无损检测(NDT)技术是一种非接触式金属零件检验方法。此技术广泛应用于航空和航天工业以及其他制造和维修环境中用于检验薄金属材料是否存在潜在的安全相关或质量相关问题。由于涡流检测(ECT)使用电磁耦合，不需要与零件直接接触，因此不需要耦合剂。EDT可用于执行以下检验：表面检验次表层检验（通常3-4 mm）涡流技术的优点：保留漆层和涂层进行检验（无需除漆）较少的表面处理（可以保留污垢进行检验）易于使用，只需较少的培训提供快速结果，适合高速检验和大型零件检验适用于任何导电材料，包括飞机上常用的金属，如铝、不锈钢和钢涡流检测设备的工作原理(A) 流入线圈的交流电产生磁场（蓝色）。(b) 当线圈置于导电材料附近时，会引发材料中产生涡流（红色）。(c) 零件中的缺陷会干扰涡流的路径。这种干扰可以用仪器测量。当交流电通过ECT探头总成中的一个或多个线圈，且探头靠近由导电材料制成的零件时，会产生交变磁场，将涡流引入零件。这个磁场会产生耦合效应。测试部件中的间断点或特性变化会改变涡流的流动，这会影响探头的工作感抗。探头可检测到材料厚度的变化或缺陷，如受检零件中的裂纹和腐蚀。这些变化以信号的相位和振幅反映在仪器屏幕上，然后由操作员进行解读。HPI的铝板电导率测量解决方案，时长04:48本视频展示了HPI解决方案的演示，该解决方案是用于铝板高速电导率测量的自动化系统。如您所见，NORTEC 600装置集成在扫描仪上的HPI系统中，该扫描仪在检测完轧辊将信息输入测量站之后将ECT探头在校准站和铝板上快速移动。（可参考国际公认标准ASTME 1004-02、MIL STD1537C、EN2004-1和AMS 2772F，以及航空航天行业的客户定制测试规范，为每个金属板预定义测量程序。”—《铝业时报》）集成NORTEC 600 ECT装置的铝板电导率测量系统HPI过去曾使用手动设备进行此类生产线测试；但随着速度和质量要求的提高，尤其是对于航空和航天行业，手动测试变得过时。 奥林巴斯的NORTEC 600涡流探伤仪通过与HPI的全自动检验系统相结合，以此提供了一个较为可靠并具有时间和成本效率的解决方案。HPI为此解决方案配置了自己的应用软件，基本上就是将NORTEC 600装置作为传感器集成到系统中。HPI之所以特别选择了NORTEC 600设备而不是其他涡流探伤仪，是因为该仪器提供了与可编程逻辑控制器(PLC)通信的接口。在电导率测量前后，系统会自动对每个金属板进行校准检查。由于其检测速度很快，手动测量需要花费数小时的数百个检测点仅需几分钟即可完成测量。HPI的客户使用其中两个系统，每个系统上配备两个NORTEC 600探伤仪。作为质量控制流程，电导率质量检查有助于改进HPI的热处理工艺和提高客户满意度。关于NORTEC 600涡流探伤仪NORTEC 600涡流探伤仪是一种便携式设备，采用了先进的数字电路。NORTEC 600装置可轻松无缝地集成到检验系统中。此装置的宗旨是让工业环境中的性能保持一致性。NORTEC 600规格和功能在设计时考虑到了HPI等集成商。设计满足IP66要求−10°C至50°C工作温度范围持续平衡滤波器带有扫频报警的带状图视图6 kHz测量速率通过NORTEC PC软件进行远程控制报警输出模拟输出数字输入质量控制用NDT设备HPI选择将奥林巴斯NORTEC 600涡流探伤仪集成到其自动化NDT解决方案中，是因为该探伤仪可以在不接触材料表面的情况下实现快速可靠的电导率测量。

磁电耦合通常存在于多铁性体系中，即铁电有序性可以由磁场调控，同时(反)铁磁有序性可以由电场来调控，因此这一基本物理特性在多场调控、自旋电子学、传感和能源等领域中具有重要的基础研究意义和应用价值。而由于自支撑多铁性氧化物薄膜或二维体系的不稳定性和易碎性，传统方法限制了相关探测和研究，而使这些同时发生的电磁有序和耦合的表征、机制研究及耦合效应调控变得颇具挑战性。 　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室研究员金奎娟与中科院院士杨国桢课题组，致力于利用光学二次谐波产生(Second Harmonic Generation，SHG)表征及探测以揭示复杂氧化物薄膜的空间反演不对称、极化耦合和铁电有序演变等物理的研究。近年来，金奎娟带领的团队，先后围绕SHG探测异质结表面和界面的空间对称破缺，SHG探测氧化物铁电薄膜的铁电相态演变、具有超高热电性能(与华中科技大学张光祖团队合作)的ClO4分子的结构对称性破缺等开展研究。科研人员自主发展了宽温区、高真空度、多气体环境SHG光学探测平台，与清华大学教授林元华和中科院院士南策文团队合作，原位实时探测了弛豫铁电薄膜Sm-doped BiFeO3-BaTiO3中的极化耦合演变，发现并证实了具有超高储能密度的超顺电态。上述成果为发展更先进的SHG方法研究多铁体系中的磁电耦合奠定了基础。 　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L03组博士研究生徐帅与毕业生王洁素(现为北京量子信息科学研究院副研究员)在金奎娟的指导下，使用脉冲激光沉积法制备了多铁性的外延BiFeO3(BFO)薄膜和自支撑BFO薄膜，并利用外加磁场的宽温区SHG技术研究了多铁性BFO薄膜中的磁电耦合效应。该团队系统地探究了不同应力调控下BFO薄膜中铁电有序和反铁磁有序随着外加磁场和温度的演化，并与物理所白雪冬研究员课题组博士陈潘合作，利用透射电镜给出不同应力调控下薄膜中铁电序的演变。 　　研究人员定义了一个光学磁电耦合常数——表示通过磁场控制多铁性材料中光致非线性极化的能力。研究显示，应变释放以后，自支撑BFO薄膜中光学磁电耦合常数的绝对值减小，且反铁磁有序和铁电有序均被抑制。研究发现，该光学磁电耦合常数在自支撑BFO薄膜中与在衬底上外延生长的薄膜中具有相同的量级，表明磁电耦合效应对于应变释放具有鲁棒性。研究观察到外延BFO薄膜中Néel温度(反铁磁-顺磁转变温度点)为618 K的一级相变和自支撑BFO薄膜中饱和磁矩，相较于外延BFO薄膜，发生了约7倍的增强，而后者主要归因于与电子自旋-轨道耦合相关的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的变化。进一步，研究发现，自支撑BFO薄膜中强大的磁电耦合效应在室温下仍然存在，预示着其未来在柔性多功能器件中的潜在应用。上述成果展示了SHG方法原位无损探测自支撑等多铁性薄膜或二维体系中铁电及反铁磁有序等物理性质的灵敏性和有效性。 　　近日，相关研究成果以Magnetoelectric Coupling in Multiferroics Probed by Optical Second Harmonic Generation为题，在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。北京大学科研人员参与研究。图1.自支撑BFO薄膜的制备及铁电性能表征图2.宽温区(各向异性)SHG和外加磁场(H)的各向异性SHG测试图3.M-H和外加磁场的SHG测试