电涡流传感器的有限元仿真研究与分析

电磁场的分布情况是影响电涡流传感器灵敏度和线性度的主要原因。从电涡流传感器的基本原理出发,采用有限元方法,利用ANSYS语言,通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等,对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究,并由理论公式验证模型的正确性。通过计算3种尺寸参数不同的线圈,研究分析了线圈的形状结构对传感器灵敏度和线性度的影响,对于电涡流传感器线圈的设计具有指导意义。     

一种新型电涡流传感器的理论分析

为提高普通电涡流传感器的灵敏度和增大检测距离,对一种新型电涡流传感器从理论上进行了分析.文中列出了重叠双线圈和同轴三线圈两种电涡流传感器的结构,并利用电磁场相关理论对同轴三线圈电涡流传感器及其设计进行了较详细地分析,并给出了测量电路单元.通过与普通电涡流传感器线圈进行仿真比较,得出了该结构电涡流传感器在长距离测量时的优缺点.     

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.     

电磁钢轨探伤提离补偿方法研究

针对装备于列车车辆的电磁钢轨探伤装置的设计难点,特别是如何抑制由车辆运行波动导致的传感器提离波动,应用电涡流测距技术设计了提离补偿方法,探伤时电涡流测距线圈动态输出提离距离的变化,由提离距离计算探伤线圈输出值的动态补偿系数,动态修正探伤输出值. 对电涡流测距补偿线圈进行了电磁场有限元仿真及提离补偿的实验室测试. 对比测试结果表明所设计的提离补偿方法可使电磁探伤线圈的输出波形在有无提离波动的情况下基本保持一致.      

用于测量曲面间隙的电涡流传感器线圈

采用电涡流传感器测量两曲面间的微小间隙时,为了使小外径的薄形曲面线圈满足线性测量范围及灵敏度的要求,采用简化目标函数的设计方法,在线圈电参数计算的基础上,结合线圈磁场的分布规律,对曲面线圈的性能加以分析和预测,实现探头线圈参数的优化设计。根据求解的结果,以线径为50μm的漆包线绕制外径为10mm的线圈进行了试验。结果表明:探头线圈满足测量范围及灵敏度的要求,且具有良好的线性度。     

裂纹监测涡流传感器优化设计及试验研究

为了提高涡流传感器监测裂纹灵敏度,应用COMSOL软件AC/DC模块建立了涡流传感器监测系统模型,并搭建试验系统证明了其正确性;优化了涡流传感器的结构参数,基于优化结果试制了涡流传感器,并进行了预制裂纹监测试验.模型分析与试验结果表明:提离距离越小,基材厚度越薄,系统监测灵敏度越高;涡流传感器各通道通过裂纹区域时,跨阻抗幅值和相位都增大,以综合跨阻抗幅值和相位的变化率作为系统输出信号,提高了监测灵敏度,传感器分辨率达到1mm.     

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.      

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

电涡流传感器在位移测量上的应用

电涡流检测技术是一种无损、无接触测量的检测技术。由于电涡流检测采用了具有结构简单、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、不受油污介质影响的电涡流传感器,因此在位移、厚度等方面的测量获得广泛的应用。作者在应用电涡流传感器测量位移时,为了正确可靠地测量位移量的大小,对电涡流位移传感器作了静态特性的测试分析。     

对称平衡式涡流传感器在管棒检测中的应用

涡流探伤可以在不损伤金属件的情况下检测出有缺陷的产品并自动剔除,被广泛应用在金属加工行业.就管棒材料探伤普遍使用的涡流传感器存在灵敏度不高等缺陷,提出了一种新的方法和结构,从而更简便、更有效地检测出缺陷,并解决了工程中存在的常见问题.此方法使用的高频反射式涡流传感器采用对称平衡式线圈,是穿过式线圈和探头式线圈的结合体,用探头式的内部结构(差动式)和穿过式的方位配置来制作,有效结合了两个线圈的优点.这种穿过式探头,在制作时已经在实验室将所有参数调整到位、并封装,现场无需再根据环境变化做出调整.由此可见,简洁方便是对称平衡式线圈所具有的一大优势.     

电动汽车无线充电系统耦合线圈的优化设计

为了提高电动汽车无线充电系统磁耦合机构的耦合系数，在分析耦合线圈参数对串联补偿网络影响的基础上，采用电磁仿真分析法，对单圆形磁耦合线圈传输距离、内外经尺寸、绕线方式对自感系数、耦合系数的影响进行了研究。结果表明：磁耦合线圈自感系数的稳定性受其外径和传输距离之比影响，磁耦合线圈外径与传输距离之比越小，磁耦合线圈自感系数越稳定；当传输距离和磁耦合线圈外径确定时，磁耦合线圈内外径之比越小，耦合线圈的耦合系数越高；当两个磁耦合线圈传输距离、外径尺寸、互感系数相同时，不同绕线方式的线圈，其耦合系数也不相同，其中匝间距等增绕线方式的线圈可以获得较高的耦合系数。     

矩形阵列涡流传感器设计与实现

提出一种单激励发射接收式阵列涡流传感器模型。在对该传感器进行原理分析的基础上,通过有限元仿真分析及实验验证了该阵列涡流传感器在扫描铝板表面及下表面裂纹过程中9个检测线圈对裂纹长度进行定量的能力;并且采用聚类分析方法对9个检测线圈按灵敏度进行分类。再通过对各个检测线圈的检测数据进行数据融合,减小误差,提高了该阵列涡流传感器的检测精度。     

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.      

铁磁性平板构件远场涡流传感器设计与仿真分析

远场涡流检测技术不受集肤效应的限制，其相对于传统涡流检测技术而言，能够对金属构件的更深层缺陷进行检测，首先介绍了平板远场涡流的一些研究现状，分析了平板远场涡流的检测原理和传感器设计要求，在此基础上，设计了基于圆柱和矩形结构的2种传感器模型，分析了2种模型在平板构件中所感应磁场的分布规律，并对比了其对不同板厚的检测能力。结果表明：矩形激励线圈能在平板中感应出定向传播的磁场，可以利用矩形结构的远场涡流传感器对较厚平板构件中缺陷的深度和长度进行定量检测。