Page 111 - 无损检测2023年第二期
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汪光祖, 等:
一种基于交流电磁场的差分检测探头
了焊缝表面微小缺陷的准确识别。赵建超等 [ 10 ] 开 明显的波峰和波谷, 这符合 ACFM 检测的基本原
发了一套双频交流电磁场检测系统, 有效抑制了提 理。当提离发生变化时, Bx 信号同样出现明显的
离扰动引起的干扰信号。上述学者通过信号处理实 波谷, 而Bz 信号没有发生畸变, 说明 Bx 信号对提
现了提离干扰的有效抑制, 笔者对探头结构进行优 离抖动比较敏感, Bz 信号对提离抖动不敏感。 Bx
化, 提出一种基于交流电磁场的新型的差分检测探 信号是缺陷深度量化的特征信号 [ 11 ] , 因此, 消除Bx
头, 通过消除背景磁场达到抑制提离的效果, 增强了 信号的提离抖动影响对缺陷检测至关重要。
缺陷的识别能力。 提离抖动引起Bx 信号的畸变实际上是背景磁
场发生了改变 [ 9 ] 。为了探究x 方向背景磁场和检
1 ACFM 仿真模型的建立与分析
测点 x 方向位置( 见图3 ) 的关系, 提取不同检测点
1.1 建立仿真模型 ( -9mm 至9mm , 间隔1mm )的 Bx 背景磁场,
利用有限元仿真软件 COMSOL 建立 ACFM 不同检测点的Bx 背景磁场分布曲线如图 4 所示。
检测仿真模型( 见图1 ), 模型由试件、 U 型磁芯、 激 由图4可见, 当检测点位于0mm 位置时, Bx 背景
励线圈等组成。其中, 试件的材料为铝; 铝材料的 磁场最小, 同时Bx 背景磁场关于 y 轴对称分布, 且
电导率为3.744×10 S · m , 相对磁导率为 1 ; 试 在与 y 轴等距离检测点处的背景磁场大小相等, 方
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件上的裂纹尺寸为 10mm×5mm×0.5mm ( 长 向相同。因此可以在关于 y 轴对称等距分布的位
×深×宽)。 置放置两个相同的传感器, 构成差分结构来消除背
景磁场, 进而抑制提离干扰。
图1 ACFM 检测仿真模型
1.2 提离抖动分析 图3 仿真分析时的检测点位置分布示意
保持试件位置不变, 将由激励线圈和 U 型磁芯
组成的检测探头沿着裂纹长度方向进行参数化扫
描, 步长设置为0.5mm 。首先探头以1mm 的恒定
提离高度经过裂纹区域, 接着在远离裂纹区域的位
置, 通过改变提离高度来模拟探头抖动, 最大抖动高
度为5mm 。为了探究提离抖动对磁场信号的影
响, 提取磁芯正下方提离 1mm 处的磁场信号 Bx
和Bz ( 见图2 )。
图4 不同检测点的Bx 背景磁场分布曲线( 仿真)
图5 ( a ) 所示为提取的±3mm 位置的 Bx 磁场
, 可以明显看出, 由于检测点位置
信号Bx 1 和 Bx 2
不同, Bx 信号在裂纹位置出现的畸变信号发生了
明显滞后, 而提离抖动是同步发生的, 不同检测点的
畸变信号并没有发生滞后。说明提离抖动导致不同
检测点的背景磁场发生了同步变化, 因此可以通过
对两个检测点提取的特征信号进行差分, 消除背景
图2 提离抖动下的畸变磁场仿真信号 磁场的影响, 从而达到抑制提离抖动的效果, Bx 差
由图2可知, 保持恒定提离的情况下, 探头经过 分信号如图5 ( b ) 所示。由图5 ( b ) 可以看出, 差分信
裂纹时, Bx 信号出现了明显的波谷, Bz 信号出现 号不仅消除了提离抖动引起的干扰信号, 而且从幅
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2023年 第45卷 第2期
无损检测
