脉冲涡流测厚系统设计

论文总字数：18024字

摘 要

关键词：脉冲涡流，无损检测，有限元分析，优化设计，特征判别

Abstract：In order to get the features and characteristics of different thickness of the material, This article do the simulation experiment in COMSOL. First of all, this article selects four kinds of different materials, their respective induced voltage waveform is obtained by the simulation, observe the voltage waveform, get the voltage peak of metal thickness, the peak time of metal thickness and the time after zero time, and test three important parameters and different thickness corresponding relation. Then, In order to test the changes of the three important parameters under different TC value, the simulation experiment change the pulse signal to change the TC value. Finally, this article get the voltage peak of metal thickness, the peak time of metal thickness and the time after zero time, which can be used to get the value of the thickness of different

conductivity material.

Keywords：Pulsed eddy current ,NDT ,finite element analysis ,optimization design ,characteristics distinguish

目 录

1 引言 4

1.1 脉冲涡流检测的背景和意义 4

1.2 国内外研究现状 4

1.3 脉冲涡流检测技术的特点 4

1.4 论文结构的编排 5

2 脉冲涡流检测技术理论 5

2.1 脉冲涡流工作原理 5

2.2 涡流检测基本理论推导 7

3 软件COMSOL的简介 13

3.1 COMSOL multiphycis特点 13

3.2 典型的COMSOL multiphycis工作流程 14

3.3 AD/DA模块 15

4 脉冲涡流测厚仿真 15

4.1 测厚仿真分析 16

4.2 参数τ优化仿真 20

5 总结和展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参 考 文 献 25

致 谢 26

1 引言

近几年，作为一种新型的检测技术脉冲涡流检测技术得到了快速的发展。脉冲涡流检测是传统的电涡流检测发展到一定的阶段形成一个重要的分支。顾名思义，传统的电涡流检测使用标准的正弦波激励的信号，而脉冲涡流检测的激励信号是持续一定时间的方波。由于脉冲涡流检测能够更多的控制系统中的参数变量，所以脉冲涡流脉冲涡流方法比传统电涡流方法能够更精确检测被测试件的距离和厚度^[1]。

于此同时，脉冲涡流检测与许多采用其他原理的检测相比，拥有者相对较为明显的优势：对人体无伤害，不需拆覆盖检测，检测精度高，成本低。射线测厚在原理上更容易理解,然而其使用了射线对人体是有害的，在检测过程中，我们要提供相关的保护；虽然接触式测厚测量精度很高,但对高速运动下的被测金属进行进行长期检测,会造成测试了金属和传感器的磨损,从而影响测量精度，降低了产品的质量；超声波测厚不实用薄金属检测^[2]。脉冲涡流检测克服了以上检测对薄金属检测的缺点，因此得到快速的发展。

1.1 脉冲涡流检测的背景和意义

1.2 国内外研究现状

在19世纪，磁电作为一个新兴领域，被科学家关注研究，在这个过程中，加尔于1824年最早发现同板摆动的线圈有阻尼效应，提出涡流存在实验。9年后，知名物理学家法拉第通过大胆的想象，通过实验中提出电磁感应定律。1873年，具有很高数学天赋的麦克斯韦在继承法拉第的思想的前提下，对于电磁理论进一步发展，用数学表达式将法拉第的电磁理论展现出来并建立了科学严谨的磁电理论。再次之后，依据涡流效应，涡流检测被休斯用来检测金属和合金。1926年，涡流测厚仪问世。

上世纪50年代的德国，福斯特博士提出了有效磁导率的概念，基于实验和理论推导的基础上，对电涡流检测阻抗问题大大降低。从而在理论和实际上完善了脉冲涡流检测技术，推动了涡流检测技术的发展。美国，前苏联，英国，法国，日本看到了脉冲涡流检测的优势所在，他们把目光转入到该领域的开发，促进脉冲涡流检测的进一步发展。

十九世纪六十年代，我国也开始对涡流检测进行了开发研究，迄今为止，我国已经研发了大量的涡流检测设备，这些设备被广泛的应用到相关领域，大大的推动了我国科技的提升和工业的发展，我国的相关研究逐渐拉近当今国际的最先进国家的差距。

1.3 脉冲涡流检测技术的特点

二十一世纪以来，脉冲涡流检测技术发展异常迅速,脉冲涡流测厚在相关领域测厚拥有者相当的优势，例如检测压力管道，化工容器和运输腐蚀性物质的罐车的壁厚等问题^[3].涡流检测技术拥有者许多显著地优势：1.脉冲涡流作为非接触式测量，降低了检查中的摩擦，从而保证测量精度和保证产品质量2.检查提供的数据具有高精度的，检测效率也相对较快3.检测健康，低碳，环保4.检测成本低。同时脉冲涡流检测也存在着一些缺点:1.测量范围较窄，只能是导体材料2.对于形状复杂的工件检测效率低3.检测结果受材料本身及其它因素干扰。

涡流检测采用脉冲方波作为激励信号的优点所在：1.检测更灵敏，检测厚度更深。2.较于使用稳态分析的传统的涡流检测，瞬态分析的涡流检测可以直接测得感应电压峰值3.在我们采用脉冲涡流检测时，人们可以获取较多的重要信号，更精确的分析相关问题。（脉冲涡流可以提供一系列多频率激励）4.脉冲涡流检测方法可以在同一时间，一系列不同的频率，所以信号响应速度快。

1.4 论文结构的编排

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