脉冲涡流检测有限元仿真分析及检测系统设计研究

发布时间：2017-03-18 02:01

  本文关键词：脉冲涡流检测有限元仿真分析及检测系统设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脉冲涡流无损检测技术是近年来发展起来的一种新的无损检测技术,它不需要改变测试参数的设置,一次扫描就可以完成对大面积复杂结构的检测,它在缺陷的定量检测方面表现出较强的优势,是很有发展潜力的一种无损检测技术。本文详细研究了脉冲涡流检测的基本原理和相关理论；研究了脉冲涡流检测系统的有限元建模方法,并仿真了脉冲涡流检测试验,根据仿真结果验证或得出了脉冲涡流的相关检测方法以及若干规律；研究了传统涡流检测传感器的缺点并结合仿真结果得出了改进方法,提出了一种新的基于TMR的脉冲涡流阵列探头；研究了脉冲涡流检测系统的设计方法,提出各模块部分的实现要点。利用有限元分析软件ANSYS建立了脉冲涡流检测系统的有限元模型,对脉冲涡流检测试验进行了瞬态仿真,仿真结果与理论分析一致,可验证或得出以下结论：(1)瞬态感应电压过零时间只与缺陷深度有关,提取过零时间可以实现缺陷深度的定量检测。(2)观察感应电压峰值曲线是否发生突变可以判断是否识别出了被测件中的深层缺陷。(3)在检测较厚的板材时应适当降低激励频率。(4)当缺陷存在时,垂直方向磁感应强度分量在对应缺陷两端附近位置出现极值,水平方向磁感应强度分量减小。通过对脉冲涡流检测中检测线圈传感器参数变化的谐波分析得出如下结论：(1)随着提离增大,探头线圈的阻抗会减小。(2)探头线圈外径不变时,随着线圈内径增大,探头线圈的阻抗会增加,被测试件中涡流密度最大值会减小且出现最大值的位置不发生明显改变。(3)探头线圈内径不变时,随着线圈外径增大,被测试件中涡流密度最大值会增大且出现最大值的位置会逐渐远离中心位置。(4)同一个检测线圈在相同的检测条件下通常会因为被测件材料不同而得到不同输出。(5)随着激励频率减小,涡流渗透范围增大,线圈阻抗也下降。(6)随着激励频率降低,检测线圈内部的磁感应强度降低,意味着线圈的灵敏度降低。结合仿真结论,提出了脉冲涡流检测系统总体方案,对脉冲涡流检测系统关键部件一一涡流检测探头和脉冲信号发生器的设计方法进行了详细研究。优化的传感器布置方式对空间扰动磁场的测量更加全面,克服了扫描路径对缺陷方向的选择性。采用的TMR磁场传感器具有极高的灵敏度和相比其他磁场传感器更宽的线性范围。设计的基于TMR的脉冲涡流阵列探头具有适用于不同检测场合的多种使用方式。基于AD9854的DDS脉冲信号发生器可生成精度非常高的脉冲信号,频率分辨率可达7E-8Hz。
【关键词】：脉冲涡流 有限元仿真 涡流探头设计 TMR磁场传感器 DDS信号发生器
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH878
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题来源与意义12-14
• 1.2 涡流无损检测技术发展与研究现状14-19
• 1.2.1 涡流无损检测技术简介14-15
• 1.2.2 涡流无损检测技术的发展历程15-17
• 1.2.3 涡流检测系统的研发现状17-18
• 1.2.4 脉冲涡流无损检测技术的研究趋势18-19
• 1.3 论文主要研究内容19-22
• 第二章 脉冲涡流技术的理论基础22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 电磁场基本方程组22-24
• 2.3 脉冲涡流检测原理24-26
• 2.3.1 脉冲涡流检测原理分析24-25
• 2.3.2 瞬态感应电压信号的时域特征量及分析25-26
• 2.4 脉冲涡流中的提离效应与集肤效应26-29
• 2.4.1 脉冲涡流中的提离效应26-27
• 2.4.2 脉冲涡流中的集肤效应27-29
• 2.5 脉冲涡流空间扰动磁场分布29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 脉冲涡流检测有限元仿真分析32-58
• 3.1 引言32
• 3.2 有限元分析软件ANSYS介绍32
• 3.3 ANSYS有限元分析过程32-33
• 3.4 脉冲涡流检测系统的有限元建模33-39
• 3.4.1 问题规定33-34
• 3.4.2 实体建模34-37
• 3.4.3 划分网格37-38
• 3.4.4 施加载荷38
• 3.4.5 ANSYS参数化设计语言38-39
• 3.5 脉冲涡流检测的有限元瞬态仿真分析39-45
• 3.5.1 仿真模型与参数设置39
• 3.5.2 缺陷深度定量仿真39-41
• 3.5.3 深层缺陷检测仿真41-42
• 3.5.4 激励频率仿真研究42-43
• 3.5.5 二维磁场仿真分析43-45
• 3.6 涡流检测相关规律的谐波仿真分析45-55
• 3.6.1 仿真模型与参数设置45-46
• 3.6.2 提离对检测线圈参数的影响46-48
• 3.6.3 直径对检测线圈参数的影响48-52
• 3.6.4 被测试件材料对检测线圈参数的影响52-54
• 3.6.5 激励频率对检测线圈参数的影响54-55
• 3.6.6 检测线圈的低频性能分析55
• 3.7 本章小结55-58
• 第四章 基于TMR的脉冲涡流阵列探头设计58-70
• 4.1 引言58
• 4.2 涡流检测探头设计思路分析58-59
• 4.3 涡流探头检测元件性能分析59-63
• 4.3.1 线圈式探头的固有缺点59-60
• 4.3.2 检测元件低频性能分析60-61
• 4.3.3 检测元件磁场测量局限性分析61-63
• 4.4 阵列涡流探头使用分析63-64
• 4.5 TMR磁场传感器64-66
• 4.6 基于TMR的脉冲涡流阵列探头设计66-68
• 4.6.1 涡流探头设计方案66-67
• 4.6.2 使用方式及适用检测场合分析67-68
• 4.7 本章小结68-70
• 第五章 脉冲涡流检测系统设计研究70-78
• 5.1 引言70
• 5.2 脉冲涡流检测系统总体方案70-72
• 5.3 脉冲信号发生器72-75
• 5.3.1 常见脉冲信号发生器72-73
• 5.3.2 基于AD9854的脉冲信号发生器73-74
• 5.3.3 脉冲激励信号的频率选取74-75
• 5.4 信号调理电路75-76
• 5.5 数据采集卡76
• 5.6 上位机及检测信号处理程序76-77
• 5.7 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-82
• 6.1 本文主要研究成果及结论78-79
• 6.2 工作展望79-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 附录 (攻读学位期间发表成果)88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 张辉;杨宾峰;王晓锋;赵玉丰;;脉冲涡流检测中参数影响的仿真分析与实验研究[J];空军工程大学学报(自然科学版);2012年01期

2 任吉林;涡流检测技术近20年的进展[J];无损检测;1998年05期

3 林俊明;;浅析多频涡流与脉冲涡流检测技术间的关系[J];无损检测;2012年03期

4 李伟;陈国明;;U型ACFM激励探头的仿真分析[J];系统仿真学报;2007年14期

5 杨宾峰,罗飞路;脉冲涡流无损检测技术应用研究[J];仪表技术与传感器;2004年08期

6 李龙奎,苏俊宏,徐均琪,王笑丹;基于ANSYS的二维谐性磁场分析[J];应用光学;2005年06期

7 白杨;王益祥;;一种基于脉冲涡流无损检测技术的硬度分选仪的设计[J];机械制造与自动化;2014年03期

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1 杨宾峰;脉冲涡流无损检测若干关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年

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本文编号：253739