【摘要】：在眾多制造領(lǐng)域,安全生產(chǎn)一向是各國(guó)注意的核心問(wèn)題之一。通常在這些領(lǐng)域,如:航空航天、船舶制造、武器制造、核工業(yè)與鐵路運(yùn)輸?shù)?需要用到大量合金與金屬材料。這些金屬材料的品質(zhì)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全、產(chǎn)品質(zhì)量的合格密切相關(guān)。電渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)于檢測(cè)導(dǎo)電材料的性能與結(jié)構(gòu)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),如:檢測(cè)過(guò)程不需要耦合劑、對(duì)于裂紋信號(hào)的靈敏、可以進(jìn)行材料屬性的多參數(shù)檢測(cè)等。因此,電渦流檢測(cè)技術(shù)被大量應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域。通常,我們?cè)跍u流檢測(cè)過(guò)程中,經(jīng)常遇到各種復(fù)雜的情況,為了提高檢測(cè)探頭的靈敏度、信噪比以及熱漂移免疫性,常常需要用到互感式探頭。與傳統(tǒng)的絕對(duì)式探頭相比,互感式探頭具有更好的靈敏度與靈活性,得到了廣泛的應(yīng)用。渦流解析模型對(duì)于理解渦流檢測(cè)的原理、設(shè)計(jì)新型探頭、提高檢測(cè)效率、評(píng)估缺陷檢出率、構(gòu)建反演模型等具有重要意義。因此,建立電渦流檢測(cè)互感式探頭的解析模型是一項(xiàng)十分重要的工作。Dodd-Deeds模型是最早也是應(yīng)用最廣泛的一種完整描述渦流電磁場(chǎng)的解析模型,但是其也存在著一些不足:模型的物理意義不明確;解析模型表達(dá)式是廣義二重積分,數(shù)值計(jì)算困難;求解區(qū)域?yàn)榈湫偷妮S對(duì)稱場(chǎng);對(duì)于非共軸的互感式探頭建模過(guò)程復(fù)雜等。為了建立互感式探頭信號(hào)的阻抗模型,作者從Dodd-Deeds模型出發(fā),建立了互感式探頭信號(hào)的解析模型。第二章建立了非共軸平行激勵(lì)-感應(yīng)式探頭的渦流解析模型。基于準(zhǔn)靜磁場(chǎng)條件下的Maxwell方程組,引入矢量磁位的概念,從空氣中理想單匝線圈磁場(chǎng)的解析模型著手,采用疊加原理建立并求解線圈激勵(lì)磁場(chǎng)和多層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)渦流場(chǎng)的解析模型,并應(yīng)用反射-透射理論將其推廣到任意導(dǎo)電結(jié)構(gòu),利用得到的矢量磁位的解析模型可以推導(dǎo)出絕對(duì)式探頭電壓的頻域表達(dá)式。之后,利用坐標(biāo)變換的原理得到了激勵(lì)場(chǎng)引發(fā)的渦流場(chǎng)在感應(yīng)線圈上的積分,從而得到互感電壓,推導(dǎo)出了互阻抗的變化量。第三章建立了非共軸傾斜激勵(lì)-感應(yīng)式探頭的渦流解析模型。基于傳統(tǒng)的Dodd-Deeds模型,利用TREE法和電磁場(chǎng)反射透射理論,結(jié)合數(shù)學(xué)上的空間變換法,通過(guò)找到傾斜面與水平面之間的映射關(guān)系來(lái)建立激勵(lì)線圈的激勵(lì)場(chǎng)、渦流場(chǎng)與感應(yīng)線圈三者之間的關(guān)系,從而推導(dǎo)出了任意傾斜角度的互感式探頭的阻抗變化量。常見(jiàn)的互感式模型求解過(guò)程中需要用到2D傅里葉變換和洛倫茲互易定理,使得渦流場(chǎng)的求解域?yàn)闊o(wú)窮大,因此結(jié)果通常為積分形式。本章利用空間變化法中的映射理論,有效地與Dodd-Deeds模型相結(jié)合,使得求解出來(lái)的阻抗變換量模型為級(jí)數(shù)形式,極大地提高了模型的計(jì)算效率。第四章從激勵(lì)源角度考慮,建立了高頻激勵(lì)下互感式探頭的渦流解析模型。由于傳統(tǒng)的Dodd-Deeds模型將渦流場(chǎng)看成似穩(wěn)場(chǎng),在低頻激勵(lì)條件下忽略位移電流影響的變電磁場(chǎng)方程的解應(yīng)和穩(wěn)恒場(chǎng)方程的解吻合。但是在高頻激勵(lì)下,位移電流對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響被放大,交變電磁場(chǎng)的矢量磁位值和穩(wěn)恒電磁場(chǎng)場(chǎng)的矢量磁位值理論結(jié)果存在差別。研究表明,高頻渦流檢測(cè)可以應(yīng)用于測(cè)量一些絕緣性較好材料的厚度以及表征低導(dǎo)電性材料的介電常數(shù)。本文從麥克斯韋方程組出發(fā),建立了高頻渦流互感式探頭的解析模型,并且仿真研究了高頻激勵(lì)下線圈渦流阻抗與導(dǎo)電材料的相對(duì)介電常數(shù)之間的關(guān)系,為利用高頻渦流檢測(cè)技術(shù)表征絕緣或?qū)щ娦暂^差材料的介電常數(shù)提供了指導(dǎo)依據(jù)。本文建立了電渦流檢測(cè)互感式探頭阻抗信號(hào)的解析模型,并且與有限元模型和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,證明了所建立模型的正確性。
【圖文】：

矢量磁位 A 只有周向分量，20 02 2( )( ) 0 A AI r r z zr z r + + 值；r、z 為場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)；r0、z0為原點(diǎn)坐標(biāo)為媒質(zhì)的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率；0 ( r r )( z ，式(2-12)兩邊同時(shí)除以 R ( r ) Z ( z )得22 2 2( ) 1 ( ) 1 ( ) 10( ) ( ) r R r Z zr rR r r Z z z r + + 變量法將上述偏微分方程轉(zhuǎn)換為兩個(gè)常22021 ( )( ) Z zZ z z2202 2( ) 1 ( ) 10) ( ) + + R r R r r rR r r r0 0( )z zZ z Be Ce +

圖 5-4 互感式探頭渦流場(chǎng)密度分布圖Figure 5-4 Eddy current field density distribution of driver pickup coils為了數(shù)據(jù)處理的方便，仿真結(jié)果不是互阻抗變化量，，而是互感抗變化量。抗的表達(dá)式為 M Z / j (5-10 20 30 40 50 60 70-6-5-4-3-2-10 M( H)Theory realTheory imagFEM realFEM imag
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB302.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 宋顯錦;劉國(guó)強(qiáng);李艷紅;張超;徐小宇;;錯(cuò)位螺旋管線圈時(shí)諧電磁場(chǎng)的解析式[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年19期

2 李勇;齊勇;陳振茂;李紅梅;;基于脈沖渦流差分信號(hào)提離交匯點(diǎn)的亞表面層材質(zhì)劣化檢測(cè)技術(shù)理論研究[J];無(wú)損檢測(cè);2012年07期

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本文編號(hào)：2624235