Page 38 - 无损检测2023年第十期

苏冰洁, 等:

金属构件缺陷的脉冲涡流近 - 远场复合定量检测

检测探头( 由激励线圈、 同时实现磁屏蔽和电屏蔽的
屏蔽罩、 近场和远场传感器组成) 和被测非铁磁性金
属板件( 材料为铝合金)。仿真模型的尺寸、 材料电
磁参数如表1所示, 表中 A , B , C , D , E , F , G 为探
头相关尺寸的直径; H , L 为探头高度; d 为板厚; h
, , 分别为试件、 磁屏蔽结构和电
为提离距离; σ 1 σ 2 σ 3
屏蔽结构的电导率; , , 分别为试件, 磁屏
μ r1 μ r2 μ r3
蔽结构和电屏蔽结构的相对磁导率。激励线圈匝数
为200匝, 用于驱动激励线圈的电流为脉冲方波电
图4 归一化坡印廷矢量分布

流信号I ( t )( 最大幅值为1.0A , 占空比33% , 周期
被测试件, 构成磁场直接耦合分量, 从而形成了近场

为30ms ), 脉冲方波激励信号波形如图3所示。为
检测区域; 线圈磁场的另一部分穿透被测试件, 于试
模拟腐蚀减薄缺陷( 缺陷径向尺寸远大于探头尺
件背面的空气域传播一段距离之后再次穿透被测试

寸), 设置被测试件厚度为 1~4mm , 其中, 无缺陷
件, 形成对被测试件的二次穿透, 在探头中心域构成

试件厚度( 标准厚度) 为4mm 。
磁场间接耦合分量, 由此确认探头中心域为远场检
测区域。上述分析表明, 在同一激励线圈下, 通过在
近场和远场检测区域分别放置近场和远场传感器,
可同时实现脉冲涡流检测与脉冲涡流远场检测, 即
非铁磁性金属板件的脉冲涡流近 - 远场复合检测。
2.2 缺陷信号特性分析
基于坡印廷矢量分析结果, 将远场传感器放置
于探头底部中心; 近场传感器放置于近场检测区域
的中间位置。仿真中, 设置不同的被测试件厚度d ,
图3 脉冲方波激励信号波形 在各试件厚度情况下, 仿真计算由近场和远场传感

表1 脉冲涡流近 - 远场复合检测有限元 器拾取的总磁场z 分量( B z ), 获得近场和远场检测
仿真模型的主要参数 信号, 其结果如图5所示。
项目 参数 项目 参数
A / mm 12 d / mm 5
B / mm 16 h / mm 1
/(
C / mm 20 σ 1 MS · m -1 ) 19.4
/(
D / mm 24 σ 2 MS · m -1 ) 2.27
/(
E / mm 38 σ 3 MS · m -1 ) 58.14
F / mm 46 μ r1 1
4
G / mm 50 μ r2 1×10
H / mm 8 μ r3 1
L / mm 10
考虑到脉冲方波电流信号的脉冲重复频率为

33Hz , 为便于分析检测探头工作下的坡印廷矢量 图5 近场和远场检测信号( 仿真计算)
分布, 仿真中, 首先设置探头激励电流信号为正弦信 由图5可见, 近场和远场检测信号幅值随腐蚀

号, 其幅值为1.0A , 频率为33.0Hz , 被测试件厚度 减薄缺陷深度的增加而增大, 这是由于试件厚度减

为5mm 。通过仿真计算, 结合式( 2 ), 获取用于确 小, 分布于试件内部涡流所激发出的二次磁场减弱,
定近场 / 远场效应、 以及近场检测域和远场检测域的 二次磁场对激励线圈产生的线圈磁场的抑制作用减
坡印廷矢量分布, 其结果如图4所示。 小, 从而造成检测信号幅值的增大。通过对比图 5
由图4可见, 激励线圈附近的电磁场直接穿入 中的检测信号可以发现, 相较近场检测信号, 远场检
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2023年 第45卷 第10期
无损检测