基于COMSOL仿真软件的电涡流传感器教学探索

为了提升课堂教学效果,辅助学生理解电涡流传感器的检测原理及相关抽象概念,采用COMSOL仿真软件,构建了电涡流传感器探头线圈的仿真模型,并采用有限元的分析方法对其进行求解计算。通过对仿真结果的分析,学生可以直观地看到,当涡流线圈激励频率、提离距离、线圈内径、线圈外径和线圈厚度变化时,电涡流传感器的检测灵敏度将随之发生变化,有助于学生对电涡流传感器相关知识的理解和掌握,提高了学生的学习热情和思考深度。

基于刀片式激励线圈旋转的脉冲涡流探头

脉冲涡流检测裂纹时,微裂纹在感应涡流中产生的扰动微弱,检测信号的信噪比低;另一方面,单向扫查下的常规脉冲涡流探头难以获得多向裂纹检测的最大灵敏度和判断裂纹方向。提出一种采用机电旋转脉冲涡流激励线圈的检测方法,实现了多方向微裂纹的高灵敏度检测。刀片式激励线圈具有明显的聚磁性与方向性,机电旋转激励线圈后可以获得不同转角下的接收信号,将该接收信号与基准信号进行差分,提取出微小的峰值变化量,得到角度与峰值变化量之间的图谱。试验验证与测试结果表明:基于刀片式激励线圈在空心接收线圈内旋转的脉冲涡流探头不仅具有亚毫米级裂纹深度区分的检测能力,且能有效分辨裂纹方向,误差为±5°。

一种带外部锁场通道的小型化核磁共振射频探头设计

温度漂移是影响桌面式核磁共振波谱仪测量精度的一个重要因素,在探头中添加锁场线圈实现场频联锁是抑制温度漂移的常用手段.本文基于实验室紧凑型Halbach磁体,设计了一套带有外部锁场功能的双通道探头.针对目标区域,使用COMSOL仿真对比了螺线管线圈、鞍形线圈和亥姆霍兹线圈的磁场均匀性、信噪比和品质因数,发现螺线管线圈具有最佳综合性能.进一步针对螺线管线圈结构,对线圈直径、高度、匝数、匝间距以及漆包线半径进行了仿真优化,得到漆包线半径为0.4 mm、线圈直径和高度为8.2 mm、匝间距为1.6 mm、匝数为5是最优螺线管尺寸.基于仿真结果,制作了探头实物,并配合外围电路进行测试.结果表明,两个线圈通道之间串扰较小,信号检测通道信噪比达到50以上,锁场通道信噪比达到20以上.锁场实验结果表明,添加锁场后整体系统的频率漂移约为0.2 ppm/h(1 ppm=10^(-6)),验证了此探头设计可用于基于紧凑型Halbach磁体的磁共振设备.

EAST装置的磁探针设计

介绍了EAST装置中磁探针设计中的结构、安装位置、匝面积的标定、幅频响应,并给出了该磁探针的标定误差和Mirnov线圈幅频响应特征图。两轮EAST放电试验表明,电磁测量的信号满足装置运行和等离子体控制的需要。

三维远场涡流探头的设计与应用研究

设计了一种新型三维远场涡流探头,通过其远场耦合特性确定了合适的屏蔽结构。以油田采油钢管为检测对象,对管壁的对称缺损和不对称缺损进行了对比检测实验,结果表明:新型探头可确定缺损的三维位置,既适用于大管径管道测量,又适用于小管径管道测量,适用性较高。

脉冲电流探头的时域标定研究

介绍了一种Rogowski线圈脉冲电流探头时域标定和标定数据处理的方法,将脉冲法时域标定的结果和频域标定结果进行了比较。针对电流探头的低频失真,采用系统辨识方法建立了测量系统的动态模型,并对探头输出信号的失真进行校正。实测数据验证了所建模型的有效性,设计出的数字补偿滤波器可将测量系统校正为一理想的比例环节。

电磁发射测量系统的设计与实现

设计了一种基于Rogowski线圈、B-dot探针、光幕靶及插入式数据采集卡(PC-DAQ)的电磁发射测量系统,开发出以动态链接库(DLL)为形式的数据处理模块,为系统的扩展和二次开发提供统一的接口,设计了具有Windows操作功能的人机交互界面,并成功地应用到实际研究中,为电磁发射系统的性能研究及技术匹配提供了数据依据。根据实验数据得出了触发放电和轨道拉弧时,整个测量系统受到了大的脉冲干扰;通过计算,可以得到本系统测量速度为1 km/s时的相对误差为0.7%.

便携式多功能涡流仪的研制

介绍了集涡流探伤、电导率测量和涂层测厚功能于一体的便携式多功能涡流仪的实现原理。利用ANSYS软件进行数值模拟,得出涡流检测线圈阻抗的变化规律。提出用相位分析法来抑制提离效应,并在此基础上,设计研制了基于AT91RM9200处理器的多功能涡流仪的测量系统。实验结果表明,该系统具有很好的推广应用前景。

一种专用涡流检测换能器的设计

介绍了涡流检测换能器的工作原理和设计方法,并根据检测特殊结构金属工件的要求,对涡流检测中换能器结构尺寸等参数进行了分析和优化,为设计一种专用涡流检测换能器提供了思路。

基于矫顽力的钢板应力集中区域检测方法

针对铁磁性材料由于应力集中导致裂纹、断裂甚至失效等问题,研究了应力对铁磁性材料磁化强度取向的影响以及铁磁性材料矫顽力与所受应力的关系,提出了通过测量铁磁性材料的矫顽力实现应力检测的方法.采用U型探头进行测量,由U型探头上激励线圈中的电流信号和检测线圈中产生的电压信号描绘出不同外力条件下钢板的磁滞回线,从而得到钢板矫顽力的值.结果表明,外力使钢板内部产生应力,导致矫顽力减小,通过测量铁磁性材料的矫顽力实现对应力集中区域的检测,有效预防了工件由于应力集中造成的断裂等问题.

探头线圈扫查方式对涡流检测性能的影响

通过对光滑平板试块上涡流线圈沿不同放置、扫查方向以及初始位置的缺陷信号的分析,包括幅值和相位规律,归纳出各个变量对结果的影响,从而在实际检测过程中提高了检测的效果与精度。

采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析

电磁超声换能器(EMAT)的线圈探头是激发和接收检测信号的传感器,为获得满足检测需要的具有一定频率和幅值的超声信号,需要对线圈探头进行合理的结构设计,以提高检测效率。在介绍RLC脉冲激励源原理的基础上,提出了空心圆柱线圈探头,并针对探头在激励和换能过程中的双重作用,详细分析了线圈探头的各种参数对激励信号源和检测效能的影响,为采用RLC脉冲放电激励的线圈探头设计提供了理论和实际指导。依据分析结果,设计了探头线圈和实验检测系统,证明了理论分析的正确性。

基于ANSYS有限元方法的低频涡流检测仿真

为了研究电涡流传感器在低频涡流检测中电涡流探头线圈的结构参数对检测性能的影响,通过ANSYS建立电涡流传感器的检测模型,进行有限元法仿真分析,研究电涡流传感器探头线圈内外径之差、厚度、等效半径结构参数对电涡流传感器检测性能的影响。结果表明:线圈的内外径之差越小,探头的分辨率越高;减小线圈厚度有利于提高线圈较近距离的分辨率,增大线圈厚度有利于提高较远距离下的检测分辨率;当等效半径为2倍左右提离距离时(r=2d),探头的分辨率高。

13MJ大功率脉冲电源的诊断系统设计

为监测高功率脉冲电源的工作状况,设计、制作了13 MJ大功率脉冲电源的诊断系统。该系统由Rogowski电流互感器、高压探针、光电隔离仪和PXI总线数据采集系统及运行软件组成,能够检测到每个电源模块的工作状况,可以迅速判断出发生故障的功率组件。放电电流信号的采用Rogowski电流互感器测量,充、放电电压信号使用高压探针测量;数据采集系统由1台测试主机和11台测试子机组成主从网络结构,以满足分布式测量需求;并使用LabVIEW语言编写了采集和处理软件。通过测量220个电源模块放电电流、11个电源组汇流器放电电流和11个电源组充、放电电压等参数,该系统可实时监控13 MJ脉冲电源的运行状况,及时发现发生故障的电源模块和功率组件。大量运行实验表明该系统可靠性高,操作简便和工作效率高,其设计可供未来的类似系统参考。

^(31)P NMR表面线圈探头射频场B1的空间分布特性研究

对本实验室自制的３１Ｐ表面线圈探头的射频场Ｂ１强度的空间分布和脉冲宽度进行了初步研究．结果表明该表面线圈中心的９０°脉冲约为１０μｓ．得到的信号主要是线圈圆周内射频场Ｂ１作用的结果，在垂直线圈平面的方向上随距离增加，信号迅速减弱．因此该表面线圈射频场Ｂ１有效的作用范围在一个近半圆球体内，底面积半径约为线圈外半径，有效作用深度约为线圈半径．

六自由度电磁探测的快速数值算法

提出一种六自由度电磁探测的快速数值算法,对500 mm×500 mm×500 mm范围内的空间磁场进行数值仿真,并与电流环近似算法和严格算法进行比较,归一化计算时间比为106∶70∶1,结果表明该算法可行可靠.最后讨论怎样有效地克服螺线管线圈的有限长效应引起的偏差,从而进一步提高探测系统的探测精度及稳定性.

三轴磁通门探头球型反馈线圈的设计方法研究

长周期大地电磁测量要求三轴磁通门传感器具有低的噪声水平及高稳定性,根据实际需求设计一个尺寸合适的球型反馈线圈可以有效提高反馈磁场的均匀性,进而降低磁通门传感器的噪声水平.本文首先分析了非均匀反馈磁场引入磁通门噪声的机理,然后根据毕奥-萨伐尔定律和矢量叠加原理,以等间距多个单匝线圈构成单轴绕组的形式,建立了球型反馈线圈轴线上的轴向磁场分布及磁场均匀度数学模型,在给定磁场均匀度和球型反馈线圈直径的条件下,运用控制变量法确定了球型反馈线圈的单匝线圈数量和间距等关键结构参数.我们把设计的结构参数代入球型空间磁场分布数学模型,验证了本设计方法的正确性.最后,按照设计的结构参数制作了基于球型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器,通过与体积相近的基于亥姆霍兹型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器对比测试噪声水平,结果表明球型反馈线圈磁通门探头能够使得三轴磁通门传感器具有更稳定和较低的噪声水平.

B-H复合型传感结构设计及H线圈校准研究

对超微晶合金样片二维高频旋转磁特性测量时所需的传感结构进行了设计,采用针探测技术制作了B传感器,采用线圈法制作H传感器,设计了一种新型B-H复合型磁滞矢量传感器。此外,文章还对H线圈系数的校准做了说明,通过设计一个可以产生交变均匀磁场的改进型亥姆霍兹线圈装置来进行校准实验,并最终确定了H线圈的校准系数。

基于STM32的多通道探头阵列低频电磁检测系统研究

针对多通道探头阵列低频电磁检测系统进行研究,阐述了低频电磁技术检测机理和组成结构,提出采用多通道感应式磁传感器检测线圈阵列作为缺陷信号有效拾取介质,并基于STM32控制器完成多通道阵列励磁探头、激励电路、信号调理采样电路及存储读取一体化电路模块的系统化设计。实验结果表明,该系统运行稳定,可有效规避外部杂散磁场干扰,并实时输出当前检测位置缺陷信息(幅值、相位),为低频电磁无损检测技术的进一步发展提供了优良的实验基础。

金属材料缺陷的电磁超声/涡流复合检测技术研究

电磁超声检测和涡流检测因其非接触、检测速度快、对试件表面要求低等优点而被广泛应用于金属材料的缺陷检测中,但电磁超声检测存在近表面的检测盲区,涡流检测对内部深层缺陷灵敏度不高。基于电磁超声和涡流的复合检测方法,设计了能同时满足电磁超声检测和涡流检测的复合式探头,建立了电磁超声和涡流复合检测有限元模型,并对金属试件中不同类型的缺陷进行了检测实验。仿真和实验结果表明,该复合探头不仅能快速检测表面裂纹,而且可激发出具有明显指向性的纵波,一定程度上削弱了波形转换产生的干扰波,可实现对内部缺陷的准确定位、识别,为电磁超声和涡流复合式检测技术在板材的复杂缺陷检测中的应用提供了基础。