Page 49 - 无损检测2021年第四期
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方 舟, 等:
基于脉冲漏磁的表面缺陷判别
测时, 对磁芯施加脉冲激励。当样本存在缺陷时, 磁 分量的磁感应强度。
场会在缺陷附近产生畸变, 部分磁力线穿出样本表
面进入空气形成漏磁场。在缺陷上方放置一个磁敏 2 仿真结果分析
传感器, 便可以把漏磁场转变成电压信号 [ 6-8 ] 。 2.1 激励电压对漏磁信号的影响
保持磁芯的相对磁导率为 100 , 缺陷为深 6mm
的上表面缺陷, 激励电压U 分别为10 , 15 , 20 , 25V ,
仿真结果如图 4 所示。当激励电压较小时, 如图 4
中 U=10V 和 U=15V 两条曲线, 漏磁信号在初
始阶段快速上升, 达到峰值后逐渐回落, 最终达到
稳态, 这种现象称为过冲。当激励电压较大时, 如
图 4 中 U=20V 和 U=25V 两条曲线, 漏磁信号
在初始阶 段 快 速 上 升, 随 后 曲 线 略 微 下 降 或 上 升
图 1 脉冲漏磁检测原理示意
速率有所减缓, 接着上升速率再次回升, 最后曲线
涡流效应是漏磁检测过程中不可忽视的影响因 趋于平缓并达到稳态。将这种信号上升过程中上
素。采用脉冲方波激励时, 在脉冲电压快速上升和 升速率的变化称为上升阶段的波动现象。可以看
下降阶段, 样本内部的磁场会快速增加和衰减, 由法 到随着激 励 电 压 的 增 大, 漏 磁 信 号 的 稳 态 值 也 变
拉利电磁感应定律可知: 快速变化的磁场会感生出 大, 过冲现 象 逐 渐 消 失 并 转 变 为 上 升 阶 段 的 波 动
快速变化的电场, 从而形成电流, 阻碍原磁 场的变 现象。当激 励 电 压 进 一 步 增 大 时, 波 动 现 象 也 逐
化 [ 9 ] , 这种在导体内部发生电磁感应, 从而产生感应 渐变得不明显。
电流的现象称为涡流效应。涡流具有集肤效应, 主
要分布于样本的表面。
1.2 建模与仿真
脉冲漏磁仿真模型如图 2 所示, 采用 ANSYS
Maxwell软件对脉冲漏磁模型进行仿真。
图 4 不同激励电压下的漏磁信号
2.2 磁芯相对磁导率对漏磁信号的影响
保持激励电压为 10V , 缺陷为深 6mm 的上表
面缺 陷, 改 变 磁 芯 的 相 对 磁 导 率 分 别 为 100 ,
μ r
200 , 300 , 400 , 仿真结果如图 5 所示。由图 5 可以看
图 2 脉冲漏磁仿真模型 到, 相对磁导率越大, 漏磁信号稳态值越大。相对磁
0 时刻向线圈施加脉冲方波激励, 激励频率为 导率较小时, 施加激励会出现过冲现象, 随着相对磁
1Hz , 占空比为 50% 。激励电压大小、 缺陷深度、 缺 导率的增大, 过冲现象逐渐消失并转变为上升阶段
陷位置以及磁芯相对磁导率将根据需要进行调整。 的波动现象。当磁导率进一步增大, 波动现象也逐
在图 3 所示位置设置测量点, 检测该点处磁场垂直 渐变得不明显。
图 3 测量点位置示意 图 5 不同相对磁导率下的漏磁信号
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2021 年 第 43 卷 第 4 期
无损检测
