直接測量渦流磁場的探頭研究.pdf

1、渦流檢測技術以法拉第電磁感應原理為基礎，通過探頭在導體中產生的渦流磁場變化來判斷被測試件的缺陷情況，探頭傳感器的性能決定了檢測結果的精確性。傳統的阻抗分析法通過探頭線圈的阻抗變化來判斷導體內部是否存在缺陷，但其不能直觀地描述缺陷的形狀、大小和位置等信息，且激勵信號對線圈阻抗的影響較大。本文從渦流檢測的基本原理出發(fā)，設計了一個直接測量渦流磁場的探頭，能夠消除激勵信號的影響，并通過檢測線圈的感應電動勢變化直接確定導體內渦流磁場的分布，采用有

2、限元仿真和實驗相結合的方法，研究分析缺陷形狀、大小和分布情況對檢測線圈感應電動勢的影響，驗證了探頭傳感器直接測量渦流磁場的可行性，為新型渦流檢測儀器的研制提供理論指導。主要研究內容和結果如下:
　　(1)在查閱相關文獻資料、總結國內外研究現狀的基礎上，選擇有限元法作為渦流檢測的數值分析方法。國內渦流檢測的有限元仿真研究主要采用二維軸對稱模型，但是導體內的缺陷并不規(guī)則分布，且探頭在導體上方移動檢測，理想化的二維軸對稱模型不能準確的描

3、述缺陷對導體內渦流磁場分布的影響。因此，本文采用三維有限元模型，細化了網格剖分，消除了缺陷、邊界條件等不規(guī)則的干擾。
　　(2)對工程電磁場問題的數學模型、邊界條件和渦流的集膚效應進行了分析，并根據渦流檢測的工作原理設計了一個直接測量渦流磁場的探頭，包含三個線圈，兩個由同一根漆包線反向繞制而成的激勵線圈和一個匝數較多的檢測線圈，使得檢測線圈中的感應電動勢完全由導體內的渦流磁場產生。
　　(3)介紹了有限元法的基本理論，以有限

4、元軟件ANSYS Maxwell為工具，采用參數化法，仿真確定探頭內三個線圈的具體結構，在探頭未靠近被測導體時檢測線圈的感應電動勢恒為零，消除了激勵信號的影響。渦流檢測的有限元建模主要包括建立幾何模型、管理材料屬性、添加邊界條件和激勵源、剖分網格、計算和后處理等步驟。
　　(4)導體內渦流場的變化不僅受缺陷分布的影響，還與激勵信號的頻率、探頭傳感器的提離高度、被測導體的材料和厚度等系統參數有關。采用有限元法仿真研究各參數對導體內渦

5、流場強度的影響，結果表明:導體內渦流在探頭線圈圓心正下方處為零，若以探頭線圈圓心為原點，渦流場的強度向四周輻射至線圈外徑附近時達到最大值，越過最大值后，隨著徑向距離的增加而逐漸減弱，至無窮遠處衰減為零。
　　(5)選擇合適的系統參數:激勵信號頻率為1 kHz、探頭提離高度為1.2 mm、被測導體選用2.5mm厚的鋁板，仿真分析導體內存在缺陷時檢測線圈感應電動勢的變化，并將無缺陷時的感應電動勢與其相減得到感應電動勢差值的變化規(guī)律。研

6、究表明:缺陷在導體中心和邊緣位置時，檢測線圈感應電動勢的差值的變化規(guī)律相一致，且與導體內渦流場的分布規(guī)律相似，均在徑向移動至線圈外徑附近時達到最大值，但感應電動勢的差值相比于渦流場的強度衰減到零的趨勢更快。
　　(6)搭建實驗平臺分析缺陷不同形狀、大小和分布情況對檢測結果的影響，包括探頭傳感器、被測導體試件、信號激勵模塊、信號檢測模塊四個部分。實驗結果表明:導體內存在缺陷時，檢測線圈感應電動勢的差值均在探頭移動至其外徑距離時達到最