脉冲远场涡流检测中磁场抑制技术研究

通过传感器结构的合理设计,脉冲远场涡流可用于飞机机身非磁性金属结构中缺陷的检测,但是,传统远场涡流信号微弱,检测灵敏度不高,因此,如何实现对远场涡流的磁场抑制与信号增强,从而改进和提高其检测能力是一个关键问题。本文从抑制远场涡流磁场直接耦合分量的角度出发,仿真设计了带有不同屏蔽结构的传感器模型,分析了不同材料的屏蔽效果,比较了不同模型的缺陷检测灵敏度以及对大厚度平板的检测能力。研究结果表明,基于高导磁材料屏蔽盘的连通磁路传感器对直接耦合分量具有较好的抑制作用,可以缩短过渡区,拉近激励与检测线圈间的距离,提高缺陷的检测灵敏度,其对非磁性平板的检测厚度可扩展至25mm。     

基于脉冲激励的远场涡流检测机理及缺陷定量评估技术

脉冲激励信号包含非常丰富的频谱成分,以脉冲激励代替传统的正弦激励为克服远场涡流技术的不足提供了新的解决途径。在分析了脉冲激励下远场涡流检测机理的基础上,仿真分析了激励线圈和管道周围磁场和涡流的分布,得到了检测线圈处于不同场区时瞬态检测信号的变化规律,确定了远场区的范围。并从检测信号中提取了过零时间作为缺陷定量的特征量。最后,采用实验的方法验证了脉冲激励下的远场涡流技术对管道中轴向裂纹缺陷长度和深度的定量检测能力,实验结果表明该技术可以很好的实现对缺陷的定量评估。     

脉冲远场涡流检测中磁场抑制技术

脉冲远场涡流用于飞机机身金属结构中缺陷的检测时,由于信号微弱,检测灵敏度往往不高,因此,如何实现对远场涡流的磁场抑制与信号增强,从而改进和提高其检测能力是一个关键问题。从抑制远场涡流磁场直接耦合分量的角度出发,仿真设计了带有不同屏蔽结构的传感器模型,分析了不同材料的屏蔽效果,比较了不同模型的缺陷检测灵敏度以及对大厚度平板的检测能力。研究结果表明:基于高导磁材料屏蔽盘的连通磁路传感器对直接耦合分量具有较好的抑制作用,可以拉近激励与检测线圈间的距离,提高缺陷的检测灵敏度,其对非磁性平板的检测厚度可扩展至25mm。     

亥姆霍兹线圈磁场的理论计算与实验讨论

首先,基于毕奥-萨尔定律分析了单个载流圆线圈在空间的磁场分布,得到了空间任意一点磁感应强度的积分表达式,并通过相应的计算得到了磁感应强度沿轴向和径向分量的解析结果;其次,将单个载流圆线圈在空间的磁场分布推广到亥姆霍兹线圈,获得了亥姆霍兹线圈在空间任一点磁感应强度的解析表达式,并利用Mathematica形象描绘了其磁感线分布;再次,通过数值计算分析了亥姆霍兹线圈的均匀磁场区;最后,结合"电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场"实验作了相应的分析与讨论.     

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。     

管道轴向裂纹检测脉冲远场涡流传感器设计与仿真分析

脉冲远场涡流检测方法结合了脉冲检测频率丰富以及远场方法适于铁磁性管道检测的优势,因此文中采用脉冲远场技术对管道轴向裂纹进行了检测。首先分析了脉冲远场涡流的检测原理,通过提取感应电压信号的负峰值和过零时间作为特征量可以分析管道的检测信息,在此基础上设计了4种不同结构的传感器模型,比较了4种模型过渡区的远近、对轴向裂纹检测灵敏度的高低以及对不同壁厚管道检测的结果。仿真结果表明：与其它模型相比，连通激励磁路的传感器模型具有更好的检测效果。     

脉冲涡流阵列探头与铝合金缺陷定量检测

针对航空铝合金试件体积较大的问题,建立了阵列式脉冲涡流探头有限元仿真模型,根据脉冲涡流趋肤效应及能量分布原理,设计了MAX038仿真模型产生激励信号并加载于阵列线圈上,通过优化线圈参数实现了试件缺陷的定量检测.结果表明,仿真模型激励信号加载于线圈上生成的磁场分布,与模拟激励相似但更接近实际情况.优化后的线圈提高了缺陷识...     

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。     

基于新型脉冲涡流传感器的裂纹缺陷定量检测技术

传统脉冲涡流检测技术采用反射型传感器,其通过一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,采用检测线圈或霍尔传感器来检测扰动磁场,然而由于激励磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,使得这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度不高,需采用差分的方法来增强缺陷信息.提出了一种新型脉冲涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励场的空间分布,使得无需差分就可以对缺陷进行定量.在分析该新型脉冲涡流传感器检测原理的基础上,采用仿真和实验相结合的方法研究了其对裂纹缺陷长度和深度进行定量的效果,仿真与实验结果相一致,证明了该传感器的有效性.     

带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测

为提高脉冲涡流检测技术在检测包覆层下铁磁性金属管道局部腐蚀时的灵敏度,从仿真和实验两个方面对探头设计进行了研究.采用反向联接结构的双线圈作为激励源,达到线圈电流不过大而磁场能够在局部得到聚焦增强的目的.采用有限元仿真比较了单线圈和双线圈激励时磁场及涡流的分布情况和对局部腐蚀型缺陷的检测灵敏度,并进行了系列检测对比实验.仿真与实验结果相一致,表明使用反向联接双线圈激励探头对带包覆层管道局部腐蚀类缺陷进行脉冲涡流检测可以达到远高于单线圈激励检测的灵敏度.本研究可为带包覆层金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测探头设计提供参考.     

非磁性航空金属构件检测中 脉冲远场涡流传感器的仿真设计

在分析脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用U型罩结构模拟管道,成功的将脉冲远场涡流技术应用到了非磁性金属平板的检测中；仿真设计了空心、聚磁、连通磁路3种传感器模型,比较了不同模型过渡区的远近、对缺陷检测的灵敏度及对不同厚度平板的检测能力.仿真结果表明:带连通磁路的传感器模型不仅可以将激励与检测线圈之间的距离从20 mm缩短至10 mm,还可以提高对缺陷检测的灵敏度,同时,带连通磁路的传感器模型对厚度为11 mm以上的平板具有更强的检测能力.     

大电流母线桥三维涡流场的有限元分析

应用大型有限元分析软件ANSYS,采用棱边有限元方法,对大电流母线桥进行了三维涡流场的计算,得到了磁感应强度和电磁力的大小及其在母线桥中的分布规律;通过与母线桥正常运行时的实测数据对比,验证了计算模型的有效性和计算结果的可靠性,并在此基础上研究了不同工作电流、母线相间距离对磁感应强度和电磁力的影响．仿真结果表明：磁感应强度和电磁力随着工作电流的增大而增大;减小母线相间距离使得各相母线间的电磁力增大,而箱体上的电磁力减小．     

基于非轴对称涡流场的保温管偏心检测

保温管的偏心检测对防腐保温管的生产质量及使用寿命有重要影响。基于偏心检测的原理,提出了一种可消除管道自身形变的涡流传感器布置方式。利用电磁场数值计算方法,对非轴对称涡流场模型进行了数值分析,求得了管道表面的涡流密度与磁感应强度;并验证模型的正确性,分析了管径大小、激励频率对偏心检测中涡流传感器灵敏度的影响。理论上为保温管偏心检测涡流传感器激励频率的选择以及信号的误差分析提供了参考。     

基于磁致伸缩效应的管道检测纵向导波模型

基于铁磁性材料在磁场作用下具有的磁、力学特性，推导了磁致伸缩无损检测技术在管道中检测导波模型．在静态偏置磁场和通过传感器激励线圈交变电流形成的交变磁场作用下，管道中产生弹性导波，由弹性导波运动方程，推导其位移表达式，由位移求出应变．根据逆磁致伸缩效应，应变导致磁感应强度的变化，其变化引起穿过接收线圈磁通量的改变从而推导出感应电压表达式．由此建立了作用在激励传感器线圈上的电流与接收传感器输出电压之间的定量关系，为磁致伸缩效应用于无损检测提供了检测理论和技术手段．     

钢杆小裂纹最佳涡流检测参数的实验研究

为了提高棒料钢杆小裂纹涡流检测的精度,减小由于检测参数的不恰当选取带来的非线性误差,基于实验模型,采用涡流检测仪和外置式探头,对25#钢3种不同直径0.1 mm深的裂纹在不同工作频率和不同提离值下进行涡流检测,得到检测的相位信息.通过研究不同工作频率和不同提离值对相位信号的影响,根据线性拟合平均标准差为最小原则,得到了棒料小裂纹涡流检测参数与相位信号呈线性关系的最佳检测参数区段,这对提高棒料小裂纹检测精度和外置式钢棒涡流检测参数的选择具有重要的指导作用.     

加筋微型钢管桩配筋优化及受力特征

为了节约加筋钢管抗滑桩的建造成本,缩短施工周期,本文通过理论推导,在达到相同抗滑效果的同时,对钢筋的布置角度进行优化设计。根据工程实例从钢管规格型号以及混凝土强度等级等因素,探讨了最优的材料组合和配筋角度,并通过数值模拟验证,研究了加筋钢管抗滑桩优化配筋后的受力特征以及钢管、钢筋和混凝土在抵抗滑坡推力过程中的抗剪分担比。结果表明：(1)从理论推导的过程来看,钢管直径和钢管厚度对配筋影响最大,本文所提出最优配筋公式相比较常规圆形抗滑桩配筋公式节约钢材约60%;(2)通过数值模拟可以得出,加筋钢管抗滑桩配筋之后抗滑能力相比较未配钢筋提高约20%;(3)优化配筋相对于常规配筋滑坡治理效果差距不大,但是节约钢筋约60.37%,更加符合经济效益,说明优化配筋更加符合工程经济价值;(4)优化配筋之后单根钢筋所承受应力比常规配筋提高约50%,将钢筋自身受力特性发挥更加充分。综上,本文的研究成果可以进一步节约实际工程的建造成本,具有实际的工程参考价值。