Page 45 - 无损检测 2021年第六期

焦敬品, 等:

宽带激励下的低频电磁检测技术

的检测能力有限。 表 1 仿真模型参数设置
针对铁磁性构件内部埋藏缺陷检测的问题, 笔 参数名称 参数设置
者开展了宽频激励下的低频电磁检测试验。通过数 仿真模块 AC / DC 模块
值仿真, 研究了励磁信号频带对低频电磁场分布的 物理场 磁场

影响。在此基础上, 提出了一种基于宽带励磁响应 磁芯相对磁导率 2000
-1 )
对应欧式距离的低频电磁缺陷表征方法, 并将其应 磁芯电导率 /( S · m 100
磁芯相对介电常数 1
用于铁磁性构件的内部埋藏缺陷检测。
被测试件相对磁导率 150
6 -1
1 宽带激励下低频电磁检测技术 被测试件电导率 /( ×10 S · m ) 8.4
励磁线圈匝数 / 匝 500
1.1 低频电磁场数值仿真 被测试件相对介电常数 1
在 COMSOL 有 限 元 仿 真 软 件 中, 选 用 AC / 励磁线圈直径 / mm 0.6
DC ( 交流 / 直流) 模块中的电磁场, 建立低频电磁检 最小网格尺寸 / mm 0.205

测三维简化模型( 见图 1 )。该 三 维 模 型 由 低 频 电 网格数量 /( 总单元数) 1456106
求解方式 线圈几何分析, 频域求解
磁检测 传 感 器 和 待 测 铁 磁 试 件 两 部 分 组 成。 其
中, 传感器的励磁部分为电磁铁, 主要由 U 型磁芯 密度分布具有明显的趋肤效应, 磁通密度在试件上
和在其上 缠 绕 的 激 励 线 圈 组 成, 磁 芯 的 材 料 为 锰 表面最大, 沿深度逐渐减小, 在试件下表面最小, 试
锌铁氧体。 件中x 方向典型磁通密度分布如图 3 ( 单频激励) 和
图 4 所示 ( 激 励 Chir p 的 带 宽 为 0~150 Hz )。此

外, 励磁的频率和带宽对磁通密度的大小也有很大
影响。图 5 为不同激励条件下, 被测试件中心位置
处x 方向的磁通密度沿试件深度的变化关系曲线。
可以看出, 两种励磁方式下, 磁通密度均具有趋肤效
应, 其数值均随深度的增加而减小; 宽频励磁下, 被
测试件中的磁通密度明显大于单频励磁下的磁通密
图 1 低频电磁检测三维仿真模型
度, 且其数值在较深处仍较大。由此可见, 趋肤效应
为得到平滑的仿真结果, 在进行网格划分时, 应
对宽带励磁下磁场的影响较小, 即宽带励磁下的磁
使被测试件和磁芯中的网格尺寸小于周围空气区域
场穿透能力较大, 更适合检测试件中的埋藏缺陷。
的。此外, 笔者对处于监测区的空气域的网格进行
了局部细化, 网格划分结果如图 2 所示。

图 2 模型网格划分结果

仿真模型中被测试件为厚度为 12mm 的 20 号
钢板, 仿真模型参数设置如表 1 所示。基于上述模
型, 分别以不同单一频率的交变简谐波和不同带宽
的 Chir p 信号作为交流励磁信号, 对待测试件进行
低频电磁检测数值仿真研究。
通过对不同带宽和激励频率下板状结构的低频 图 3 单频交变激励下被测试件 x 方向典型的
电 磁检测数值进行仿真可以看出, 被测试件中磁通 磁通密度分布

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2021 年 第 43 卷 第 6 期
无损检测