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．     

激励频率对扭转模态磁致伸缩导波检测性能影响

在综合考虑力-磁-声的多个物理场耦合的基础上,通过采用有限元数值仿真方法模拟扭转模态磁致伸缩导波对铁磁性管道的检测,研究激励电流频率对T模态导波检测效果的影响,并通过实验给予验证.结果表明:实验研究数据与仿真计算结果具有相同的变化趋势且存在一个最优频率;激励频率对检测效果有着明显的影响,通过调整激励频率能够使扭转模态导波幅值最大,实现磁致伸缩导波检测性能的优化.     

超磁致伸缩力传感器及其实验研究

基于磁致伸缩逆效应原理,以超磁致伸缩棒为敏感元件研究了一种具有高灵敏度的新型超磁致伸缩力传感器,通过集成在结构内部的霍尔传感器测量磁通密度来实现静态力的测量.同时,为了提高传感器的测量灵敏度,提出了一种安装在霍尔传感器周围的不锈钢钢环的特殊结构.给出了超磁致伸缩力传感器的测量原理和设计过程,并通过实验研究确定了偏置磁场、预紧力和超磁致伸缩棒的尺寸等因素对传感器输出特性的影响规律,分别得到了传感器工作的最佳偏置磁场和预紧力,为超磁致伸缩力传感器的深入研究和精确控制提供了一种技术途径.     

非接触式磁致伸缩扭转导波传感器研制

针对钢管非接触式扭转导波检测的需求,基于Wiedemann效应设计了一种新型导波传感器,该传感器由永磁铁、回折线圈和屏蔽层组成.首先,采用ANSYS仿真软件研究了钢管中静态偏置磁场分布,并分析了传感器的工作原理,通过实验验证了传感器在钢管中激励和接收扭转导波的可行性.然后,分析了检测信号中噪声信号的产生原因,利用铜皮作为屏蔽层对回折线圈轴向段激励产生的周向动态磁场进行屏蔽,提高了检测信号的信噪比.接着,通过实验研究了传感器的频率特性,结果表明传感器的最佳激励频率与回折线圈的设计频率一致.最后,将传感器应用于钢管缺陷检测,结果表明该传感器能够识别出横截面积损失3%的周向刻槽缺陷.     

磁致伸缩导波技术在纤维增强塑料锚杆中的应用

为了提高纤维增强塑料(FRP)锚杆的缺陷检测精度,将磁致伸缩检测技术应用于FRP锚杆检测,通过镍带与FRP锚杆耦合的方式激发并接收磁致伸缩导波信号;为了解决磁致伸缩导波信号信噪比低、特征不明显的问题,利用变分模态分解(VMD)算法将信号分解为多个模态信号,对各层多模态信号进行滤波后重构,再通过最小均方误差估计(MMSE)增强算法提高信号信噪比。结果表明:经变分模态分解-最小均方误差估计(VMD-MMSE)算法处理后,可提升FRP锚杆反射回波信号的信噪比和信号特征;磁致伸缩导波检测技术可应用于FRP锚杆质量检测,可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行精确判断。     

考虑磁滞的铁稼磁致伸缩位移传感器输出电压模型及结构设计

基于Jiles-Atherton模型、魏德曼效应和压磁效应建立了考虑磁滞影响下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算结果与实验结果基本吻合,表明所建立的输出电压模型的正确性.对传统Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的结构进行了改进,消除了由磁致伸缩材料的磁滞效应带来的位移迟滞,降低了剩磁和驱动脉冲电流对输出电压的影响,使电压信号的信噪比由14.7 dB提高至27.6 dB.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,通过实验验证了新结构能改善传感器的线性度、重复性、迟滞性和精度.基于新的传感器结构,此研究可为磁致伸缩位移传感器的优化、生产提供理论依据和实验基础.     

新型磁致伸缩液位传感器检测原理与实现

新型磁致伸缩液位仪以C8051F005为核心,为实现大量程测量,系统实时检测信号幅度,利用D/A实时调整变增益运算放大器AD603的放大增益,保证传感器输出信号幅度在全量程范围内的恒定.激励脉冲与检测脉冲的时间差由现场可编程门阵列(FPGA)利用高频时钟计数的方式实现.高频时钟选取50 MHz时,时间测量精度达到1/50μs.实验结果表明,新型磁致伸缩液位仪测量精度达到±2 mm,克服了传统的由于量程原因带来的信号幅度变化而对测量结果的影响.利用FPGA高频计数方式测量激励和检测信号的时间差,降低了系统的测量误差.     

交叉线圈式磁致伸缩导波传感器结构参数优化

为了使交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器中高饱和磁致伸缩带的振动通过耦合剂和环形线圈传递到待测构件,优化其结构参数以提高传感器的耦合效率,基于交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器的传感原理,针对环形线圈线径和覆盖率这两个结构参数,从振动耦合机制出发分析了环形线圈结构参数对能量耦合的影响,提出了一种用于环形线圈结构参数设计的优化方法,最后通过实验验证了该优化方法的可行性.将通过该方法优化后的最佳线圈线径和最佳覆盖率运用到传感器中,传感器换能效率提高了28%.     

磁致伸缩效应及其在无损检测中的应用研究

对磁致伸缩效应及其起源机制进行了探讨．阐述了磁致伸缩效应的管道检测原理,可归纳为弹性波的产生是基于磁致伸缩效应,弹性波的检测是基于磁致伸缩逆效应．对长约为6．716m,外径38mm,壁厚2．5mm的样本钢管进行模拟缺陷检测,给出了所获得的检测信号．检测结果表明应用这种方法对钢管缺陷进行无损检测是可行的．该实验装置简单,安装方便,而且可对很长的钢管进行快速、大范围检测．     

磁致伸缩超声导波的包覆层轻烃管道检测试验分析

采用磁致伸缩传感器(Ms S)超声导波检测系统,对带包覆层轻烃管道进行在线检测。研究了不同检测频率、管道直径对管道缺陷检测定位精度的影响,并分析了带有黏弹性包覆层环氧树脂对超声导波信号的影响。对114 mm和80 mm两类管道,以三通、弯头等近似为缺陷,分别使用32 k Hz和64 k Hz探头进行检测。检测结果表明:不同检测频率时管道缺陷检测精度不同,频率越高,定位精度越高。管道的直径对导波信号缺陷检测精度有重要影响,采用32 k Hz频率对80 mm管道的定位精度为9.3 cm,远高于114 mm管道的定位精度(17.6 cm)。黏弹性包覆层对检测信号有强烈的衰减,平均衰减速率约为1 d B/m。