微小平面电感线圈近场涡流效应的计算模型与实验验证

微小平面电感线圈是一种新型的近场电涡流检测敏感器件,能够应用于复杂表面之间和微机电系统中实现准确的位移测量或无损检测。为了研究微小平面电感线圈的近场涡流效应对其自感和阻抗的影响规律,以轴对称时谐电磁场理论为基础,根据微小平面线圈近场涡流效应的特点,建立了描述微小平面线圈的自感和阻抗变化的数学模型,并进行了详细的模型解析和实验验证。验证结果表明,建立的数学模型具有很强的可计算性,并能够与实验结果很好地相符合,可以为微型平面线圈电涡流传感器的设计提供依据和指导。     

基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性. 结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.      

平面电涡流线圈的结构参数设计

为提高平面电涡流传感器的灵敏度,以Biot-Savart-Laplace定理为基础,研究了传感器线圈结构参数对其灵敏度的影响。推导了平面电涡流线圈的磁场分布梯度公式,仿真计算、分析了不同结构参数条件下线圈的磁感应强度-距离曲线,并进行了实验验证。结果表明:增加外径和圈数,减小内径,可以有效地提高平面电涡流线圈的灵敏度。     

基于涡流传感器的非接触式金属板厚度测量系统

利用涡流无损检测方法对金属板材进行厚度测量时,由于电涡流传感器探头线圈的阻抗表达式过于复杂,金属板材的电导率、磁导率和厚度等因素对探头阻抗的影响难以通过探头线圈的阻抗变化进行观察。针对这一问题,介绍了一种基于涡流传感器的非接触式金属板厚测量系统。该系统利用PSD技术实现涡流阻抗信号的正交分解,采用STM32单片机对数据进行处理,最后进行人机操作、液晶显示和数据存储。整个系统具有较高的检测精度和灵敏度,能够在强噪声背景的干扰下实现阻抗信号的二维信息检测。     

基于分形理论的平面线圈激励涡流传感器

提出并设计了一种基于分形理论自相似结构的科赫雪花图形激励装置的涡流传感器,利用COMSOL多物理场仿真软件进行了计算分析,在此基础上搭建实验平台并进行了实验验证.结果表明,与采用经典的圆形线圈激励方式相比,以科赫雪花图形为激励装置的涡流传感器,能有效提高局部涡流能量密度,改善涡流分布形态,从而提高对微小裂纹缺陷检测的灵敏度.实验表明所研制的新型平面结构涡流传感器,可以制作用于柔性阵列传感器,并能为结构健康监测中提供监测数据.      

脉冲涡流测厚技术理论与应用

脉冲涡流(PEC)检测技术是近些年来发展起来的新型无损检测技术,具有频谱宽、信号穿透能力强以及精确度高等优点.实验对脉冲涡流测厚系统建立了有限元分析模型,仿真分析检测线圈上电压的衰减规律,通过改变被测体厚度,分析了检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律和定量关系.实验最终给出检测线圈电压与被测体厚度关系的数学模型,并为将来进行脉冲涡流测厚仪的研制提供理论依据.     

无源谐振器在电涡流位移传感器中的谐振增强效应

在两只同轴电磁耦合线圈之间插入一只无源谐振线圈,可利用谐振耦合显著提高能量传输效率。为探索这种谐振增强效应在传感器领域的应用可能性,制作了一只与测量电路无任何引线连接的、由电感线圈及电容串联组成的无源LC谐振器,放置于电涡流位移传感器探测线圈与金属目标靶间的测量通道中。实验结果表明:当传感器工作在该谐振器的谐振频率点附近时,有效探测距离和灵敏度会得到显著增强。进一步针对发射-接收式双线圈位移检测系统进行了实验,结果同样证实了无源LC谐振器介入后的谐振增强作用。该结论对于其他带有电感耦合线圈的传感系统同样具有参考价值。     

如何做好自感现象的演示教学

本文主要介绍了自感现象以及影响自感现象实验效果的主要因素.通过实验证明,影响自感现象演示效果的主要因素有:线圈本身的自感系数L和电感线圈中电流的变化率△i/△t.为了使自感现象的演示效果更加明显,能真正让学生深刻地领会自感现象,本文给出了一种独特的实验方法.     

脉冲涡流无损检测提离效应研究

在脉冲涡流检测过程中,由于探头倾斜或被测对象表面不光滑会产生提离效应,提离效应严重影响着脉冲涡流无损检测的结果。本文在分析脉冲涡流检测技术工作原理的基础上,采用ANSYS有限元仿真软件建立了激励线圈为圆柱形和矩形两种结构的模型,并分别针对有裂纹缺陷的铁磁性(钢)和非铁磁性(铝)试件进行了仿真研究,通过分析试件中感应涡流和扰动磁场的变化,给出了不同情况下检测信号随提离变化的规律,并从原理上给出了解释。最后,通过实验的方法对仿真结果进行了验证,实验结果表明了仿真结果的正确性,从而为进一步的消除提离效应提供了有价值的参考依据。     

金属微裂纹的谐振式涡流检测

本文用涡流谐振检测法对金属表面微裂纹的扩展进行测量.裂纹开裂面积对涡流有阻碍和切断作用,造成涡流检测线圈阻抗的相应变化,引起谐振电路品质因数升高、信号检测斜率增大.因此微小的表面裂纹和缺陷即可获得较大的信号电压输出.实际裂纹检测表明,这种方法灵敏度高、探测范围大,容易实现自动检测.     

涡流检测多层平板导体参数的频率选择方法

涡流检测多层平板导体参数具有重要意义,其中激励频率的选择是关键。针对正弦涡流法检测多层平板导体厚度与电导率问题,以被测导体上方空心圆柱线圈散射场电感为测量量,提出通过求解灵敏度函数选择激励频率的方法。对于检测线圈尺寸参数已知、被测多层平板导体参数可估计的情况,利用灵敏度函数曲线可以得到任意被测参数检测灵敏度最大值及所对应的频率,在各参数灵敏度函数最大值所对应的频率附近分别选取3～4个频率点,实现激励频率的选择。最后进行三层平板导体厚度与电导率检测实验,在相同的频率区间内,分别利用灵敏度函数选频法和平均选频法对散射场电感扫频测量结果进行频率选择,实验结果显示前者各参数检测误差普遍小于后者,验证了灵敏度函数选频法的有效性。     

油气管道变形涡流检测线圈探头的有限元仿真分析

涡流测距法是油气管道变形检测的一种有效手段,该方法要求电涡流线圈探头的量程较大,以便检测器能够顺利通过管道的变形区域。为提高线圈探头在较远距离上的检测分辨率,利用有限元方法,在保持线圈探头上激励功率不变的条件下,对线圈探头产生磁场的空间分布进行了仿真,并研究了线圈探头的内外径之差、厚度和等效半径对检测分辨率的影响。仿真结果表明:线圈探头的内外径之差增加,其检测分辨率增加;线圈探头的厚度增加,其检测分辨率增加;线圈探头的等效半径增加,其在较远距离下的检测分辨率先增加后减小。试验结果表明:在保持激励功率不变的条件下,增加线圈探头的内外径之差和厚度确实能够提高传感器的检测分辨率和灵敏度,与仿真结果一致。     

电流互感器复合误差的准确间接测试法

本文提供一种对电流互感器复合误差进行准确测量的方法．该法是一种间接测量法，是基于对一次线圈和二次线圈间的耦合系数ｋ以及对二次电感量Ｌ２进行测量的方法．根据测出的ｋ和Ｌ２即可准确地算出其复合误差．     

电磁成形线圈电感计算

采用解析法和有限元方法对电磁成形线圈电感进行计算并测量.研究结果表明,解析法和2D有限元法计算线圈电感与实测值误差较大,且只能计算少量的轴对称线圈的电感,具有较大的局限性.而基于增强型能量增量法原理的3D有限元法求解电感精度较高,可以较好地计算实际结构线圈的电感,对于异形线圈电感也可以方便建模求解,为线圈的设计奠定了基础.     

电涡流位移传感器线圈优化设计

高速磁悬浮转轴间隙的精确测量是磁悬浮转轴系统可靠工作的重要保障.电涡流位移传感器被广泛应用于这种间隙的测量.由于磁悬浮转轴系统空间有限,所以要求传感器既要有很高的灵敏度同时检测线圈的尺寸要尽可能缩小,为此提出了1种电涡流位移传感器检测线圈的多参数设计方法.该方法利用线圈的品质因数和所激发的磁感应强度梯度以及线圈导线的总长度3个参数构成1个优化函数,并采用遗传算法求解该函数,从而得到了最佳的检测线圈尺寸.通过MATLAB仿真已验证了该方法的有效性.     

HT-7U装置环向场线圈涡流损耗分析

文章分析了由等离子体电流和真空室感应电流在HT-7U装置环向场超导磁体中产生的涡流损耗.超导磁体中变化的磁场被分解为切向和法向两个分量,通过将超导线圈分为适当单元可求出磁场两个分量产生的涡流损耗.文中给出涡流损耗的分布及其随时间变化情况.计算结果表明涡流损耗不仅沿线圈周长分布不均匀而且在线圈的断面上也不均匀.     

油气管道涡流变形检测探头研制

针对传统的管道变形内检测探头环向检测面积较小的问题,在磁旋转编码检测技术的基础上,结合电涡流检测技术,研制了一种涡流变形内检测探头。文中首先介绍了电涡流管道变形检测的理论基础,设计了管道涡流变形检测探头的机械结构及电路系统,利用有限元方法得到探头与被测件距离d的增加引起传感器输出电压峰值信号呈现非线性减小的变化规律,同时研究了激励信号峰值和激励线圈内径变化对d值检测的影响。后进行实验验证,结果表明基于电涡流检测技术的管道变形检测具有可行性,实验测量精度达到1mm。该检测探头的研制对于提高管道变形内检测环向检测精度、降低检测成本具有一定的意义。     

基于IAI机械臂的高频电磁涡流检测系统集成研究

主要介绍一种基于复合材料结构的高频电磁涡流检测系统集成方法,将实验室自行研制的高频电磁涡流检测电路和日本IAI公司推出的三轴机械臂运动平台通过LabVIEW(Laborary Virtual Instrument Engineering Workbench)开发的上位机软件,有效地集成在一起。上位机与硬件平台通过串口进行数据、命令通信,控制实现了运动平台的精确运动,线圈激励信号的产生,感应线圈的信号采集以及采集数据的实时成像等功能。经实验验证,该系统运行稳定,性能良好。另外,重点研究了IAI公司X-SEL控制器与上位机的通信协议,为今后此类设备的改装、升级提供了相关指导。