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摘 要

远场涡流现象一直被认为只在管道中存在，为了实现平板导体件的远场涡流现象。在管道远场涡流检测机理研究的基础上,本文运用有限元法设计了四种激励线圈A,B,C,D在comsol软件中进行仿真实验，仿真结果分别和管道中远场涡流效应特性曲线进行比较，通过对比幅值、相位特性曲线以及能量的坡印廷矢量的分布情况，得出只有线圈D成功实现了平板导体件的远场涡流现象。

关键词：平板导体件，远场涡流，激励线圈

Abstract：Remote field eddy current phenomenon has been considered to exist only in the pipeline, in order to achieve flat conductor RFEC phenomenon. On the basis of the pipeline mechanism of remote field eddy current testing, the paper using the finite element method designed four excitation coils A, B, C, D simulation experiments by COMSOL software, the simulation results were compared with the remote field eddy current effects and characteristic curve of the pipeline . By comparing the distribution of amplitude, phase characteristic curve and the energy of the Poynting vector, draw only the coil D successfully achieve flat conductor pieces remote field eddy current phenomenon.

Keywords：flat conductor parts, remote field eddy current, excitation coil

目 录

1 绪论 4

2 远场涡流概述及相关内容 4

2.1 远场涡流简介 4

2.2 远场涡流特点及组成 4

2.3 远场涡流方程 6

2.4 远场涡流图 7

2.5 远场涡流效应的机理 8

3 COMSOL介绍 10

3.1 COMSOL起源 10

3.2 COMSOL的特点 10

4 平板导体件远场涡流的实现 11

4.1 平板导体件远场涡流实现的条件和方法 11

4.2 平板导体件模型的建立及有限元网格划分 11

4.3 导电平板中远场涡流特性 12

4.4 相关参数对平板远场涡流的影响 13

5 平板导体件远场涡流激励线圈的设计 14

5.1 激励线圈 14

5.2 平板中远场涡流实现的判别方法 14

5.3 激励线圈的设计 17

结 论 24

参 考 文 献 25

致 谢 26

1 绪论

远场涡流无损检测技术近几年发展比较迅速,尤其是在管道方面，相对于其他的检测技术,例如：超声检测和常规涡流检测，存在许多优势：

1)检测管子内外部缺陷灵敏度相同;

2)检测信号相位正比于管壁厚度,缺陷分辨更容易;

3)提离效应对其影响很小,更加实用，还可以节省清洁的时间;

4)相比，测试，不需要耦合剂^[1]。

远场涡流检测管道内外壁缺陷时具有相同灵敏度，同时集肤效应对其没有影响。本文通过在管道的远场涡流研究的基础上来研究平板导体件的远场涡流现象。利用有限元的方法在COMSOL中进行模拟仿真实验。通过对激励线圈的设计，利用磁电组合和磁路屏蔽以及对能量流扩散的方向进行导引的方法使远场涡流效应在导电平板中产生。通过与远场涡流在管道中的情况比较，为研究导电平板的涡流检测技术积累了宝贵的经验^[2,3]。

2 远场涡流概述及相关内容

2.1 远场涡流简介

远场涡流（RFEC）检测技术是一种频率比较低的涡流检测技术。探针通常是内通过式，由励磁线圈和检测线圈构成。对管壁的厚度和管道的内外缺陷的检测十分有效^[4]。但是，由于远场涡流检测技术的发展是非常有限的，不是很发达的电子技术，远场涡流检测方法还没有被完全开发。直到最近远场涡流在一些工业和矿业开发上取得实际的应用价值，远场涡流检测技术的优势才被人们广泛认识。现在在管道方面，远场涡流检测技术被认为是最有发展前景的技术^[5]。

2.2 远场涡流特点及组成

1）特点：探头为穿过式（见图2.1），在距离激励线圈2～3倍的所测管道内径的地方放置检测线圈；采用低频涡流技术能穿过管壁；线圈的阻抗变化不需要考虑，所测相位差为检测线圈的电压与激励线圈的电流的相位差;更大的激励信号功率，信号被检测线圈所检测，但是非常微弱（通常微形）;集肤效应对远场涡流检测没有影响，在管壁变薄和管道内外缺陷的检测方面灵敏度相同。

图2.1 远场涡流检测探头

因为远场涡流检测技术采用的是低频，检测的速度慢，不适合对短管进行检测，采用内穿过式探头。不适合采用外穿过式，否则灵敏度将降低。但是使用远场涡流检测技术进行检测时，当激励线圈和检测线圈距离发生变化时不影响灵敏度，而且探头倾斜 、偏摆对结果也没太大的影响。

2）远场涡流检测系统的组成

远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成：

①振荡发生器：不仅为相位测量提供参考信号，而且还是激励源。

②功率放大器：激励源功率提高装置。

③探头的驱动定位装置：它包括代码和数据计算系统中的探头和探头的轴向位置。

④锁相放大器：用来测量检测线圈的信号的仪器。

⑤微型计算机：用于检测信号和数据的存储，处理和显示。

图2.2是远场涡流检测系统原理框图。随着两线圈距离变化检测线圈相位和感应电压的特性曲线如图2.3所示。从图我们发现，随着检测线圈和激励线圈的距离变大，感应电压的幅值迅速下降，比较剧烈。然后慢慢变缓，而相位却发生跃变。为此我们定义远场区为：相位存在跃变而幅值先急剧变化再趋于缓慢的区域；定义近场区为：靠近激励线圈且幅值下降的比较快的区域；介于两者之间的区域称为过渡区域^[6]。

图2.2 远场涡流检测系统原理框图

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