Page 36 - 无损检测2023年第四期
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刘政豪, 等:
磁传感器尺寸对涡流检测性能的影响
在低频范围内拥有较高的灵敏度, 目前广泛应用于地 等新型磁传感器在涡流检测中具有广泛应用, 体现
磁场测量、 空间磁场测量、 深层涡流检测 [ 7-8 ] 等领域。 其灵敏度高的优势。但多数文献并未考虑在不同场
在千赫兹量级频率下, GMR / GMI 传感器的磁场白噪 合下, 传感器体积、 磁灵敏度哪一项参数对涡流检测
声通常与磁通门磁强计相似, 当频率在100Hz以下 更重要。
时, 磁通门磁强计的白噪声通常更低 。 SQUID 的 文章通过对涡流缺陷检测与膜厚检测过程进行
[ 9 ]
灵敏度最高 [ 10-11 ] , 然而需要低温以维持超导电性, 致 数值模拟, 并与试验结果比较, 验证数值模拟方法的
冷成本更高, 设备体积大, 而且其鲁棒性不如常温磁 可靠性, 然后将数值模拟推广至其他磁传感器的涡
传感器的。 GMR / GMI传感器在涡流检测领域中可 流检测过程, 分析了磁传感器体积、 磁灵敏度在不同
检测导体表面或深层缺陷, 可检测材料包括铝、 铝合 情况下对涡流检测的影响规律。
金 [ 12-14 ] 、 不锈钢 [ 15 ] 等。 TMR 传感器具有体积小、 集 1 试验方法与数值模拟参数
成度高、 适应性好、 灵敏度高等优点。 FAN 等 [ 16 ] 制备
了柔性 TMR 传感器阵列, 对多层材料进行缺陷监 基于磁通门磁强计的涡流检测试验装置结构示
测。张娜等 [ 17 ] 研制了具有64个 TMR传感器阵列和 意如图1所示, 探头为Bartin g tonMa g -13型三分量
三相电流激励线圈的涡流传感器阵列, 其激励线圈对 传感器, 在1Hz下的磁场白噪声均方根幅值为4×
不同的方向缺陷均敏感, 实现了0.5mm 的磁场图像 10 -11 T · Hz -1 / 2 , 工作频率范围为直流 ~3kHz , 测
空间分辨率。 BETTA 等 [ 18 ] 研究了偶极线圈的涡流 量涡流磁场平行于样品表面的分量。信号发生器型
检测中三维 TMR 传感器对不同方向缺陷的检测灵 号为 TektronixAFG3022B 。磁通门磁强计主机输
敏度, 最优磁场分辨能力约为1nT 。 出的模拟信号经过ZurichHF2型锁相放大器处理,
研究表明, TMR 、 GMR / GMI 、 磁通门、 SQUID 并将相应频率的信号幅值输入计算机。
图1 基于磁通门磁强计的涡流检测试验装置结构示意
环形激励线圈匝数为300匝, 线圈直径为25mm , 成埋深为d 的缺陷, 不锈钢模拟试样实物及其结构
-7
高度为 8mm , 线圈厚度为 3mm , 直流电阻约为 120Ω , 如图3所示( 钢板电阻率为7.2×10 Ω · m )。
电感约为40mH , 激励线圈结构示意如图2所示。该 采用有限差分法对试验进行数值模拟, 关键参
环形线圈可以分辨多种方向的缺陷。 数为传感器测量中心与线圈、 样品的相对位置。磁
通门磁强计的测量中心为磁通门, 测量中心距样品
约25mm ( 见图4 )。
根据麦克斯韦方程组和毕奥 - 萨伐尔定律, 激励
频率恒定, 激励电磁场为恒定幅度的正弦场。感应
电场与线圈参数之间的关系为
∂ A coil μ ∂ Idl
E coil= =- ( 1 )
∂t 4π ∂ t ∫r
coil
为激励
式中: E coil 为激励线圈产生的感应电场; A coil
图2 激励线圈结构示意 线圈产生的磁矢势( 库伦规范); t 为时间; 为磁导
μ
试样的制作过程为: 将两块厚度为 5 mm 的 率, 沿着线圈进行路径积分; I 为激励电流; r 为从
316不锈钢板以板间留有宽度约为15 μ m 的缝隙进 线圈到测量位置的空间矢量; l 为沿激励线圈的路
行拼接, 上方再覆盖厚度为d 的 316 不锈钢板, 形 径积分。
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2023年 第45卷 第4期
无损检测
