22 L?L1??ML2 （17）
2Z2 Z1?R1?j?L1 （18）
?Z1??2M2R22Z2?2M2L2 （19） ?j?2Z2当距离x减小时，互感量M增大，等效电感L减小，等效电阻R增大。从理论和实测中都证明，此时流过线圈i1是增大的。这是因为线圈的感抗XL的变化比R的变化大得多。
XL?L?)与等效电感成正比，与等效电阻（高RR由于线圈的品质因数Q(Q?频时的等效电阻比直流电阻大得多）成反比，所以当电涡流增大时，Q下降很多。
3、电涡流表面探伤
利用电涡流传感器检查金属表面[28]（已涂防锈漆）的裂纹以及焊接处的缺陷等。在探伤中，传感器与被测导体保持距离不变。检测过程中，由于缺陷将引起导体电导率、磁导率的变化，使电涡流I2变小，从而引起输出电压突变。
图26是用电涡流探头检测高压输油关表面的裂纹示意图。两只导向辊用耐磨、不导电的聚四氟乙烯制成，有的表面还刻有螺旋导向槽，并以相同的方向旋转。油管在它们的驱动下，匀速地在楔型电涡流探头下方作360°转动，并向前挪动。探头对油管表面进行逐点扫描，得到图27a的输出信号。当油管存在裂纹时，电涡流所走的路程大为增加（见图26b），所以电涡流突然减小，输出波形如图27a中的“尖峰”所示。该信号十分紊乱，用肉眼很难辨出缺陷性质。
该信号通过带通滤波器，滤去表面不平整、抖动等造成的输出异常后，得到图27b中的两个尖峰信号。调节电压比较器的阀值电压，得到真正的缺陷信号。图27a为时域信号。计算机还可以根据图27a的信号计算电涡流探头线圈的阻抗，得到图27c所示的“8”字花瓣状阻抗图。根据长期积累的探伤经验，可以从该复杂的阻抗图中判断出裂纹的长短、深浅、走向等参数。图中的黑色边框为反视报警区。当“8”字花瓣状图形超出报警区时即视为超标，产生报警信号。
上述系统的最大特点是非接触测量，不磨损探头，检测速度可达每秒几米。对机械系统稍作改造，还可以用于轴类，滚子类的缺陷检测[29]。
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图26 输油管表面裂纹检测
1、2-导向辊 3-楔形电涡流探头 4-裂纹 5-输油管 6-电涡流
图27 探伤输出信号
a） 原始信号 b）带通滤波后的信号 c）阻抗图
1-尖峰信号 2-摆动引起的伪信号 3-可忽略的小缺陷 4-裂纹信号 5-反视报警框 6-花瓣阻抗图
电涡流检测速度快，特别适合管、棒材的检测，对于表面和近表面缺陷有较高的灵敏度，可对大小不同的缺陷进行评价，能在高温状态下进行探伤，可用于异形材和小零件的检测，不仅适用于导电材料的缺陷检测，而且可检测材料的电导率、磁导率、热处理状况、硬度和几何尺寸等，使用广泛。
但电涡流探伤仪在实际使用时会受到诸多因素的影响，例如环境温度变化、表面硬度、机械转动不均匀、抖动等，用单个电涡流探头易受上述因素影响，严重时无法分辨缺陷和裂纹，因此必须采用差动电路。在楔型探头的尖端部位设置发射线圈，在其上方的左、右两侧分别设置一只接收线圈，它们的同名端相连，在没有裂纹信号时输出互相抵消。当裂纹进入左、右接受线圈下方时，由于相位上有先后差别，所以信号无法抵消，产生输出电压，这就是差动原理。温漂、抖动等干扰通常是同时作用于两只电涡流差动线圈[30]，所以不会产生输出信号。
涡流探伤的显著特点是对导电材料就能起作用，而不一定是铁磁材料，但对
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铁磁材料的效果较差。其次，待探工件表面的光洁度、平整度、边介等对涡流探伤都有较大影响，因此常将涡流探伤用于形状较规则、表面较光洁的铜管等非铁磁性工件探伤。
6.6 基于先进传感器技术的航空材料无损检测 1、光学检测及其传感器技术
近年来，光学检测技术在航空材料领域中的研究和应用越来越多，典型的有红外热成像和激光剪切散斑成像技术，所采用的传感器技术包热辐射传感器和CCD 传感器[31]等，通过这些传感器捕捉信号，经过处理后最终对材料和结构进行成像。
（1）红外热成像及其红外传感器。
物体有无缺陷时所产生的红外热波场不同，通过红外热成像检测这种热波场并用图像显示出来，可以达到对物体内缺陷进行检测和识别的目的。它是一种快速、非接触的无损检测方式，在航空、航天和许多工业领域都有十分广阔的应用前景。 （2）激光剪切散斑成像及其CCD 传感器。
激光剪切散斑成像是一种干涉光学检测方法，采用激光源照射物体，与计算机相连的视频剪切散斑摄像头用于记录和处理数字信号，提供表面和亚表面缺陷的散斑图像。摄像头的主要部件之一是CCD图像传感器，其性能直接决定最终的图像 质量。
2、 微波检测及其波导传感器微波（例如厘米波和毫米波）可以穿透蜂窝复合材料等低损耗介电材料，并与内部结构发生相互作用，对于介电性能变化和边界界面变化比较敏感。所以，微波成像技术可以非接触快速检测复合材料中介电性能发生变化的夹杂和腐蚀等亚表面缺陷。
3、 振动监控及其光纤传感器结构健康监控（SHM）有多种方法，振动监控是有效方法之一，可用于飞机机翼等结构的检测。当复合材料出现分层或脱粘时，结构的动力学振动特征会发生变化，分析振动信号可进行监控。振动传感器有很多，如标准应变计、压电换能器和光纤传感器等。
与传统的电子传感器技术相比，光纤传感器很多优点：重量轻，体积小，价格低；不受电磁干扰，无电流放电[32]和闪电现象；对很多参数敏感，可调节在纤维内部传输的光的强度、频率、偏振或相位。正因为传感器重量轻、体积小，可方便地嵌入飞机结构或固定在表面，不影响结构完整性和嵌入材料内部等性能，可以在监控振动特性的同时不破坏飞机结构。此外，光纤传感器灵敏度高，传感
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距离长，传感面积大，与复合材料相容性好，可检测机翼等大型结构的振动和损伤状况。嵌入光纤传感器的智能复合材料结构可以监控服役条件下的结构健康状态。
4、 磁共振检测及其NMR 传感器飞机机翼等部位通常为蜂窝夹层结构，在潮湿或雨水环境下容易吸潮进水，长期作用下会导致分层或脱粘，影响结构完整性，容易引发事故。核磁共振(NMR) 是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，用感应线圈磁场传感器检测核磁共振信号，经数据处理后可以获取物质的内部结构图像。
5、 敲击检测及其加速度计传感器
飞行操纵面[33]，如副翼、襟翼、方向舵等，是典型的粘结复合材料或铝蜂窝夹层结构，容易受损伤而产生断裂或皱褶。美国爱荷华州立大学无损评价中心对飞机操纵面损伤进行无损检测时，采用了计算机辅助敲击测试仪(CATT)。该仪器有一个半球状金属锤头，通过压电式加速度计传感器测量半球状金属锤头[34]与结构表面的接触时间，基于所测的接触时间对检测区域成像。正常的部件坚硬，敲击声清脆，接触时间短；而受损部件刚度降低，敲击声低沉，弹性增加，接触时间变长。
6.7 传感器在其他无损检测中的应用
对电工钢片磁性能的测量, 国际上均采用Epstein方圈法。其优点是成熟可靠、准确度较高, 但制作样品费时费料, 测量周期长, 得到的是平均意义上的数据,
同时也难以在生产线上进行准确、迅速的测量。而对于国家标准中推荐的磁导计方法, 虽然较为简便, 但整个装置体积大、用料多, 励磁电源容量大, 得到的仍是平均意义上的数据且准确度较低。一种全新的磁性能无损检测传感器。与传统测试方法相比, 它具有体积小、省时节能、灵活机动、测量准确度高的特点。该测试装置既可以在专门的实验室使用, 又可以在生产流水线及流通领域使用。利用该传感器可以对整张电工钢片[35]的各个部分进行测试, 从而得到其它仪器不能获得的磁性能分布数据。
针对管道缺陷检测的现状, 研制了一种适用于输油、输气管道的漏磁无损检测传感器, 该传感器由磁敏器件、励磁模块、导轮等部分组成, 具有灵敏度高、可用性强的特点, 能满足不同管径和工况的管道缺陷检测, 内容涉及漏磁检测、磁敏器件的选择、永磁体的优化以及导轮的设计等。
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近年来, 利用应力与材料磁性之间的关系, 发展起来一种新型侧力传感器。用它对铁磁金属构件中无论是弹性应力, 还是残余应力, 均可进行磁弹性无损检测。在使用上要比上述两种方法简便得多, 设备简单可靠, 环境适应能力强, 测量精度不低于其他方法, 已在许多方面得了实际应用。可以说是一种具有发展前途的应力无损检测方法。
7. 总结与展望
近年来，无损检测技术的发展比以往任何时候都更快、更新，无损检测已经更深入、更广泛地参与到国计民生的各个领域．相信在不远的将来，新生领域如纳米材料、微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。
无论是对军用飞机还是民用飞机来说，结构完整性和飞行安全都非常重要。随着军事和商业需求的不断提高以及微电子技术和微机电系统技术等的进步，基于不同原理的先进传感器技术进步很快，促进了航空无损检测[36]的快速发展。各种高性能传感器给科学家和工程师们提供了新的机会，设计低成本、小型化检测系统，比传统技术的分辨率、可靠性更高，响应更快。光学、微波、磁共振、光纤等新型传感器和相关无损检测技术都将在飞机检测中发挥重要作用，尤其是对于日益增多的蜂窝复合材料等新材料构件。
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