Page 37 - 无损检测2023年第四期

刘政豪, 等:

磁传感器尺寸对涡流检测性能的影响

式( 3 ) 同样适用于含有缺陷的表面。存在缺陷
的金属样品的电场边界条件如图5所示。

图5 存在缺陷的金属样品的电场边界条件示意
笔者通过改变线圈位置, 模拟涡流检测时的扫
描过程, 同时根据上述边界条件, 采用有限差分法进
行数值模拟, 可获得磁传感器测得的涡流磁场变化

曲线。
2 试验结果与数值模拟结果

试验中, 缺陷 1 埋深为 10 mm , 检测频率为

分量的分布图, 同时
729Hz , 计算得出涡流磁场B x
对该过程进行数值模拟, 其检测试验结果与数值模
图3 不锈钢模拟试样实物及其结构示意
拟结果如图6所示。

图4 传感器测量中心与样品间距示意

在金属内, 正弦电磁场满足亥姆霍兹方程, 即
ω 2
∇ E+ ( 2 )
2
2 - i μ ωσ E= 0
c
2
式中: ∇ 为拉普拉斯算符; c 为光速; ω 为角频率; σ
为电导率; E 为电场强度; i 为虚数单位。
式( 2 ) 中将电场换成磁场也同样成立。在金属
边界, 根据电磁场边界条件, 内外表面电场的平行分
量相等。在金属表面处, 不存在垂直于金属表面的
电流, 则有

E 1 ∥= E 2 ∥
n· E s= 0 ( 3 ) 图6 缺陷1涡流检测试验结果与数值模拟结果

为介质 1 电场平行( 平行于界面) 分量;
数值模拟结果与试验测得的曲线形状一致, 可
式中: E 1∥
为介质2电场平行分量; n 为金属表面的法向单
E 2∥ 最大变化量为
定性反映试验结果。试验测得 B x

为金属表面电场。
位矢量; E s 380nT , 数值模拟的结果为 678nT , 试验结果比模
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2023年 第45卷 第4期
无损检测