Page 106 - 无损检测2024年第五期

周国正, 等:

基于多频涡流技术的燃料棒包壳管氧化膜厚度测量方法

对氧化膜厚度变化最敏感。因此, 在接下来的仿真
分析中, 使用该参数的线圈。
表2 不同尺寸线圈的灵敏度

外径 / 厚度 / 高度 / Δ / 外径 / 厚度 / 高度 / Δ /
mm mm mm % mm mm mm %
0.3 0.098 0.3 0.109
0.5 0.084 0.5 0.100
0.6 0.6
0.7 0.073 0.7 0.089
1.0 0.061 1.0 0.077
0.3 0.099 0.3 0.117
图1 包壳管模型 2.6 0.8 0.5 0.084 4.6 0.8 0.5 0.106
0.7 0.072 0.7 0.096
1.0 0.060 1.0 0.084
0.3 0.098 0.3 0.124
0.5 0.083 0.5 0.111
1.0 1.0
0.7 0.071 0.7 0.100
1.0 0.059 1.0 0.087
0.3 0.112 0.3 0.100
0.5 0.100 0.5 0.092
0.6 0.6
0.7 0.089 0.7 0.086
图2 线圈参数及有限元模型 1.0 0.077 1.0 0.077
0.3 0.118 0.3 0.108
2 基于仿真的参数分析 3.6 0.8 0.5 0.104 5.6 0.8 0.5 0.099
0.7 0.093 0.7 0.091
2.1 线圈参数分析 1.0 0.079 1.0 0.082

0.3 0.123 0.3 0.115
基于仿真模型, 对 4 种 外 径 ( 2.6 , 3.6 , 4.6 ,
0.5 0.107 0.5 0.105

5.6mm )、 3种厚度( 0.6 , 0.8 , 1.0mm ) 和 4 种高度 1.0 0.7 0.095 1.0 0.7 0.096

( 0.3 , 0.5 , 0.7 , 1.0mm ) 共 48 种不同尺寸的线圈进 1.0 0.080 1.0 0.086

行了仿真分析, 线圈激励频率为 2.17 MHz 。其仿 2.2 包壳管电导率影响分析
真参数如表1所示。
通过仿真分析了不同包壳管电导率对线圈输出
表1 线圈参数分析时的仿真参数
信号幅值的影响, 仿真参数如表3所示。
项目 电导率( mS · m -1 ) 相对磁导率 厚度 / m 表3 包壳管电导率影响分析时的仿真参数
μ
包壳管 1.43 1 570
项目 电导率 /( mS · m -1 ) 相对磁导率 厚度 / m
金属涂层 7.57 1 15 μ
包壳管1 0.805 1 570
氧化膜1 0 1 3
包壳管2 1.43 1 570
氧化膜2 0 1 7
金属涂层 7.57 1 15
定义Δ 为去除模型中网格噪声的影响后, 由线 氧化膜1 0 1 3
圈分别检测氧化膜厚度为3 μ m 和7 μ m 的样品时 氧化膜2 0 1 5

氧化膜3 0 1 7
输出信号幅值的变化率, 则有
氧化膜4 0 1 9
| v 7- v 70 - v 3- v 30 |
) (
(
)
Δ= ( 12 ) 分别 仿 真 了 3 种 激 励 频 率 ( 1.00 , 2.17 ,
)/
( v 30+ v 70 2

分别为线圈检测氧化膜为 3 μ m 和 4.75MHz )、 2 种 包 壳 管 电 导 率 ( 0.805 ,

式中: v 3 和v 7
-1
1.430mS · m ) 条件下, 线圈输出信号幅值随着氧
分别为线圈在具
7 μ m 的输出信号幅值; v 30 和v 70
化膜厚度变化的关系曲线, 结果如图3所示, 可以看
有相同网格模型的空气中所得的输出信号幅值。
不同尺寸线圈测量氧化膜厚度时的变化率仿真 出, 线圈输出信号幅值随包壳厚度的增加而减小。
结果如表2所示, 可得变化率Δ 与线圈高度呈负相 定义Δ σ 来量化包壳管电导率对线圈输出信号
关; 当线圈外径不小于3.6mm 时, 变化率Δ 与厚度 幅值的影响, 则有

呈正相关并与外径呈负相关。在表2参数中, 外径 v σ - v σ 1
2
Δ σ = ( 13 )
为4.6mm , 厚度为1.0mm , 高度为0.3mm 的线圈 v σ 0

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2024年 第46卷 第5期
无损检测