平板导体件的远场涡流检测系统的研究与设计

摘要

远场涡流无损检测技术,广泛应用于管道的检测,其应用于平板导体件的检测相对较少。本文以平板导体件为研究对象,对远场涡流检测技术进行了研究。
　　 本文阐述了平板导体件远场涡流检测技术的基本原理,利用麦克斯韦方程组,推导了远场涡流的有限元数值模型,并利用有限元仿真软件COMSOL对平板导体件远场涡流现象进行了仿真。设计了四种传感器激励线圈。以幅值拐点,90°相位变化,间接耦合通道能量二次穿过平板,三个特征为依据,通过对四种激励线圈特性曲线的仿真结果对比,得出激励线圈D能够成功的实现平板导体件的远场涡流效应的结论。对激励电流频率参数进行了优化,在44Hz的激励频率下,远场区距离激励线圈最近,44Hz的激励频率为系统最佳的激励频率。然后研究了不同磁导率材料的远场涡流效应,基于激励线圈D的远场涡流检测对于铁磁性材料是可行的,而对于非铁磁性材料是不可行。以有限元为工具,对深度分别为8mm,6mm,4mm,2mm的缺陷的响应信号进行了分析,得出相位信号与缺陷深度成线性关系的结论。
　　 完成了平板导体件远场涡流检测系统的设计:主要包括锁相放大器的设计和数据采集系统的设计。在含有深度为分别为8mm,6mm,4mm,2mm缺陷的标准试件进行了检测,利用自适应抵消器,对检测信号进行了滤波,很好的消除了信号中的随机噪声,大大提高了信噪比。对缺陷深度与幅值信号、缺陷深度与相位信号分别进行了拟合,得出相位信号与缺陷深度成线性关系的结论,给出了缺陷深度与相位的数学关系,从而完成了系统对缺陷深度信息检测能力的标定,同时验证了仿真的结果。

目录

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容及总体框架

第二章 远场涡流检测机理

2.1 基本电磁场理论

2.2 远场涡流检测机理

2.3 本章小结

第三章 平板导体件远场涡流的有限元仿真

3.1 平板导体中远场涡流的数值建模

3.2 有限元法及COMSOL软件介绍

3.3 平板导体件远场涡流模型的建立以及有限元网格的划分

3.4 平板导体件远场涡流传感器激励线圈的设计

3.4.1 激励线圈A

3.4.2 激励线圈B

3.4.3 激励线圈C

3.4.4 激励线圈D

3.4.5 四种激励线圈性能对比

3.5 频率参数的优化

3.6 平板导电件材料磁导率的影响

3.7 缺陷的响应信号

3.8 本章小结

第四章 平板导体件远场涡流检测系统设计

4.1 传感器

4.2 锁相放大器的设计

4.3 数据采集系统

4.4 本章小结

第五章 平板导体件远场涡流检测系统的标定

5.1 标准检测试件

5.2 实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作成果

6.2 对今后研究工作的建议

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文