脉冲涡流矩形差分探头缺陷检测机理
周德强 王 俊 潘 萌 李 可 宿 磊 化春键
江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,无锡,２１４１２２
摘要:为了进一步提升脉冲涡流的缺陷检测能力,提出了脉冲涡流矩形差分探头的检测方法.建立了脉冲涡流矩形探头的三维检测模型,分析了矩形线圈激励时试件上感应电流的分布,比较了铁磁性材料和非铁磁性材料的试件表面涡流方向和值的大小.根据试件上涡流X 分量和Y 分量呈对称分布的
特性,提出了两种金属材料的脉冲涡流矩形差分探头设计方法.制作了相应的脉冲涡流矩形差分探头来获取磁场分量,仿真与实验结果表明,对于铁磁性材料和非铁磁性材料缺陷检测,脉冲涡流矩形差分探头测量的磁场X 分量二Y 分量比Z 分量检测灵敏度更高.
关键词:矩形差分探头;脉冲涡流;铁磁性的;非铁磁性的
中图分类号:TG１１５．２８
DOI :１０．３９６９/j ．
issn．１００４-１３２X．２０１６．２２．００９Mechanism of Defect Detections for Rectan g ular Differential Probes of Pulsed Edd y Current Testin g
Zhou De q ian g Wan g Jun Pan Men g Li Ke Su Lei Hua Chun j ian
The Ke y Laborator y for Advanced Food Manufacturin g E q ui p ment Technolo gy of Jian g su Province ,
Jian g nan Universit y ,Wuxi ,Jian g su ,２１４２２２
Abstract :To further im p rove the detectabilit y of defects of p ulsed edd y current testin g (PECT )
,the methods of rectan g ular differential p robes of PEC were p ut forward．A three -dimensional testin g model of the PEC rectan g ular p robes was established ,and the distribution of induced current on sam-p les under a rectan g ular testin g coil was anal y zed．
The distribution and value of induced current were com p ared between ferroma g netic and non -ferroma g netic materials．Accordin g to the s y mmetric distri-bution of X and Y com p onents ,two desi g n methods of metals for PEC rectan g ular p robes were p ut forward．The relative differential rectan g ular p robes of PEC were desi g ned to obtain different ma g netic com p onents．The simulation and ex p erimental results show that X and Y com p onents of ma g netic fields ma y lead hi g her testin g sensitivit y than Z com p onent for the ferroma g netic and non -ferroma g -netic materials res p ectivel y ．
Ke y words :rectan g ular differential p robe ;p ulsed edd y current (PEC );ferroma g netic ;non -ferroma g netic
收稿日期:２０１６
０１１１
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１１０７０５３)
０ 引言
脉冲涡流检测(p ulsed edd y current testin g ,
PECT )
是涡流无损检测的分支,它拥有丰富的频谱,所含信息量较多,检测速度快,具有广阔的应
用前景[１-３]
.目前,脉冲涡流主要用于两方面:①
非铁磁性材料的缺陷检测和厚度测量,如铝和铜
等[４-５]
;②铁磁性材料检测,
如冷轧的铁铜合金缺陷深度和尺寸的识别
[６-８]
等.
PECT 探头通常由一个激励线圈和若干个检
测线圈或磁传感器组成.相对于圆柱形线圈,矩形线圈能够在试件上产生较为均一的涡流,具有
衰减速度慢和检测深度大的优势[
９-１１]
.对于脉冲涡流差分探头的研究,普遍认为差分模式的检测能够抑制噪声和提高PECT 的鲁棒性
[１２]
.An-
g ani 等[１３]
设计了一种差分圆柱式探头,
用来检测不锈钢管道,结果表明,该探头能够有效检测带有
绝缘层的管道.何赟泽等[１４]
设计了一种新型的
PECT 探头,
该探头由一个矩形激励线圈和三个检测线圈组成,通过三个检测线圈获取三个方向的磁场分量.本课题组研究了矩形线圈垂直放置时参数对检测灵敏度的影响并优化了线圈的结
构[１５]
;还研究了脉冲涡流矩形线圈纵向与横向放
置检测时的涡流分布,并比较了脉冲涡流矩形传
感器Z 分量差分与非差分检测的性能[
１６-１７]
.为了更深入地研究矩形探头的脉冲涡流差分
检测模式和机理,本文从试件中涡流现象的本质出发,分析矩形传感器不同方向涡流的分布规律和强度,并通过不同的磁传感器差分方式获取不同方向的磁场差分信号.充分利用矩形探头的方向特性,寻找合适的磁场分量作为差分探头的设计依据.
１ 仿真模型和分析
１．１ 模型的建立
本文使用有限元分析软件Comsol Multi p h y s-ics ４．３b 来建立图１所示的脉冲涡流三维检测模
四
２３０３四中国机械工程第２７卷第２２期２０１６年１１月下半月
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