远场涡流检测传感器速度效应仿真分析

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远场涡流套管检测的仿真研究

远场涡流技术（ＦＣ）在２ＲＥ０世纪６０年代被应用于无损检测领域。该技术具有以下特点：① 低频；
管壁，重新进人管道中，该传播方式被称为间接耦
合（次穿透）二。
②无填充系数和探头偏心的影响；③可检测厚壁管，灵敏度和精确度较高；④ 既可检测铁磁性导体又可检测非磁．陛导体；⑤不受趋肤效应的影响；⑥ 对内、外表面缺陷有相同的灵敏度；⑦管壁的污物、积垢，
石油
机
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— ｌ一９
２１００年
第３８卷
第９期
ＣＨＩＮＡＥＴＰＲ０ＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
．设计计算．
远场涡流套管检测的仿真研究
林飞宇耿艳胜汪文军胡刚。张立新
（．新疆吐哈油田分公司鄯善物业公司２中国石油大学（东）３１．华．中国石油天然气第一建设公司４．中国石油勘探开发研究院采油采气装备研究所）
二次穿透
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检电ｆ测流，
推导出电磁场分布规律的基础上，应用有限元仿真
直接耦合
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得到信号与管壁厚度变化的关系曲线。
被测管
近场区
ｉ渡区ｉ远场区过
摘要国内的远场涡流技术（ＦＣ研究还处在理论分析阶段，对套损形式的远场涡流电ＲＥ）磁仿真还不完善。为此，以二维轴对称远场涡流模型为例进行分析，在利用数学模型推导出电磁

电涡流传感器的仿真与设计

电涡流传感器的仿真与设计电涡流传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，具有非接触、高精度、高灵敏度等优点，因此在工业、科研、医疗等领域得到广泛应用。

本文将介绍电涡流传感器的仿真与设计，包括其原理、应用和未来发展。

电涡流传感器的工作原理是利用电磁感应原理，当一个导体置于变化的磁场中时，导体内部会产生感应电流，这种电流被称为电涡流。

电涡流的大小和方向取决于磁场的变化，因此，通过测量磁场的变化，可以推导出被测物体的位置、速度、尺寸等参数。

在进行电涡流传感器的设计和应用之前，通常需要进行仿真和验证。

本文将介绍如何使用仿真工具进行电涡流传感器的设计和验证。

需要搭建一个包含激励源、传感器和数据采集器的电路。

激励源用于产生磁场，传感器用于感测磁场的变化，数据采集器用于采集传感器的输出信号。

激励电源的配置应根据传感器的工作频率、功率和电压等参数进行选择。

通常，激励电源的频率与传感器的谐振频率一致，以获得最佳的测量效果。

将传感器与数据采集器连接，使得传感器能够感测到磁场的变化并将输出信号传输给数据采集器。

数据采集器应选择具有较高灵敏度和分辨率的型号，以保证测量结果的准确性。

运行仿真程序并分析仿真结果，以验证设计的可行性和有效性。

可以通过调整激励电源的参数、传感器的位置和方向等来优化仿真结果，并分析各种情况下传感器的响应特性和测量误差。

在完成仿真后，可以开始进行电涡流传感器的硬件和软件设计。

电路设计应考虑传感器的供电、信号的放大和滤波、抗干扰措施等因素。

可以根据仿真结果来选择合适的元件和电路拓扑结构，以满足传感器在不同情况下的性能要求。

根据应用场景的不同，选择合适的传感器类型和材料。

例如，对于高温环境，应选择能够在高温下正常工作的传感器；对于需要测量非金属材料的场景，可以选择使用高频激励源来减小对非金属材料的感测误差。

根据电路设计和传感器选择的结果，编写数据采集器的程序。

程序中应包括信号的读取、处理、存储和传输等功能，以便将传感器的输出信号转换为有用的测量结果。

电涡流传感器的仿真与设计

电涡流传感器的仿真与设计一、本文概述随着科技的飞速发展，传感器技术作为现代工业、自动化控制以及科研实验等领域中不可或缺的一环，其重要性日益凸显。

电涡流传感器作为一种非接触式测量工具，因其高精度、快速响应和广泛的应用范围，受到了广泛关注。

本文旨在深入探讨电涡流传感器的仿真与设计，以期为其在实际应用中的优化和改进提供理论支持和实践指导。

本文首先将对电涡流传感器的基本原理进行阐述，包括电涡流效应的产生机制以及传感器的工作原理。

在此基础上，我们将对电涡流传感器的仿真技术进行深入分析，探讨如何利用仿真软件对传感器性能进行预测和优化。

接着，本文将重点讨论电涡流传感器的设计要点，包括线圈结构、信号处理电路、屏蔽措施等方面，以期提高传感器的测量精度和稳定性。

本文还将关注电涡流传感器在不同应用场景下的性能表现，如高温、高湿、强电磁干扰等恶劣环境下的适应性。

通过实际案例分析，我们将对传感器的性能进行客观评估，并提出针对性的改进措施。

本文将展望电涡流传感器未来的发展趋势，探讨新技术、新材料在传感器设计中的应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为电涡流传感器的仿真与设计提供一套系统的理论框架和实践方法，推动传感器技术的不断发展和创新。

二、电涡流传感器的基本原理电涡流传感器，作为一种非接触式的测量工具，其基本原理基于法拉第电磁感应定律和电涡流效应。

当交变电流通过传感器线圈时，会在其周围产生交变磁场。

当这个磁场靠近导电材料（如金属）表面时，会在材料内部感应出电涡流。

电涡流的大小和相位与磁场强度、材料电导率、磁导率以及传感器与材料之间的距离有关。

电涡流传感器通过测量这个交变磁场与电涡流之间的相互作用，从而实现对材料性质或位置的测量。

具体来说，当传感器与被测物体之间的距离发生变化时，电涡流的大小和相位也会相应变化，进而引起传感器线圈的电感、阻抗或电压的变化。

通过测量这些电气参数的变化，可以实现对被测物体位置、材料电导率等物理量的测量。

管道轴向裂纹检测脉冲远场涡流传感器设计与仿真分析

外壁缺陷具有相同的检测灵敏度，因此其在铁磁性管道的检测中得到了广泛的应用。
本文结合脉冲涡流的信号激励方式，同时利用远场涡流检测的传感器结构，实现二者在原理层面上的集成，形成了脉冲远场涡流检测技术。利用脉冲远场涡流技术对油气管道的轴向裂纹进行检测，设
第ｌ２卷第６期
２１年ｌ０１２月
自然科学版）
Ｖｏ．２Ｎ．Ｉ１ｏ６Ｄｅ．０ｌｅ２ｌ
ＪＵＮＬＯＩＯＣＮＩＥＲＮＮＶＲＩ（ＡＵＡＣＥＣＤＴＯＯＲＡＦＡＲＦＲＥＥＧＮＥＩＧＵＩＥＳＹＮＴＲＬＳＩＮＥＥＩＩＮ）Ｔ
合分量仍十分显著；当壁厚继续增加到１ｌ时，１ｎｉｎ模型２信号的间接耦合分量也消失，模型３和模型４信号的间接耦合分量还很明显，但相比较而言，模型４间接耦合分量幅度大于模型３的幅度。由此可知，种模４
型都有对小壁厚管道的检测能力，而随着被测管道壁厚的增加，型３模和模型４开始体现出一定的优势，进
时刻，当激励电流断开以后，感应电压信号并没有消失，而体现为间接耦合分量，且间接耦合分量随时间衰减较慢。直接耦合电压的负峰值对管道内径的变化敏感，而间接耦合电压的过零时间对管道壁厚的变化敏感，此可以提取感应电压因信号的负峰值和过零时间（图３中标注）见作为特征量来分
析管道裂纹缺陷的检测信息。
— —
激励电流信号
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涡流传感器有限元仿真的研究与实施

２０１８年５月２５日第３５卷第５期ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１８．０５．０３０
通镶电潦疑】Ｉ：
ＴｅｌｅｃｏｍＰ０ｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｍａｙ２５２０１８，Ｖｏ１．３５Ｎｏ．５，
涡流传感器有限元仿真的研究与实施
电涡流传感器的空间电磁场模型较为复杂，通过计算求解偏微分方程组的难度较大［１－３］ｏ借助Ｃｏｍｓｏｌ软件，通过多物理场耦合的数值分析法，不仅可以快速得到结果，还可以直观观察空间的电磁参量分布［４－６］。对于淬火层深度的电磁涡流检测模型，本文只对正弦激励信号下的圆柱型线圈探头建模，并研究了深度的检测。为了方便简化仿真模型，本文在不影响实际结果的前提下作器；有限元仿真
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＳｅｎｓｏｒ
ＬＩＡＮＧＢｏ（ＷｕｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ．０ｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｉＳｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｓｐａｃｅｉＳｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｑｕｅｎｃｈｉｎｇｌａｙｅｒｉｓｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｂｅｃｏｉｌ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｐｏｓｔ．Ｔｈｅｌｏｗｅｒｔｈｅｐｒｏｂｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｍｏｒｅｄｅｐｔｈｏｆｑｕｅｎｃｈｉｎｇｄｅｐｔｈｃａｎｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｂｕｔｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｅｓｈｏｕｌｄｂｅｋｅｐｔａｓｓｍａｌｌａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｏｉ１ｉＳ１。ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．

远场涡流检测技术探析

远场涡流检测技术探析1、涡流检测1.1涡流检测原理涡流检测技术（ET），是工业上无损检测的方法之一。

给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。

如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。

由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以，线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。

涡流检测是建立在电感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料。

如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。

由于导体自身各种因素（如电导率，磁导率，形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质，状态的检测方法叫做涡流检测方法。

涡流检测方法：操作速度很快，按照检验员的经验反馈，一条12米的长管，在顺利情况下只需要几十秒就完成检验了。

1.2涡流检测分类涡流无损检测技术是目前管道检测中应用较为广泛的检测方法。

根据其探头结构的不同可分为常规涡流检测、透射式涡流检测和远场涡流检测。

常规涡流检测因受集肤效应的影响，只适用于检测试样表面或近表面缺陷。

透射式涡流检测克服了这一缺点，其检测信号相对管道内壁和外壁缺陷具有相同的灵敏度。

远场涡流检测实质上也是一种透射式涡流检测，其不同点在于远场涡流检测中，激励线圈的能量两次穿过管壁到达检测线圈，而透射式涡流检测中，激励线圈发出的能量仅一次穿过管壁到达检测线圈[1]。

2、远场涡流检测技术2.1远场涡流检测技术的特点远场涡流检测技术是通过测量穿过管壁后返回管内磁场，故在检测技术理论上是一个新突破。

其不受趋肤效应的影响，克服了电导率和磁导率的影响。

探伤仪对铁磁性材料的检测效果明显优于普通涡流检测技术。

同时，在试件中的几何变形、试件边缘末端及相对位置产生的末端效应都会产生一个畸变的涡流信号干扰检测信号；材料的温度、应力变化，材料的冷加工、热处理引起变形及损伤的非连续性和信噪比也会改变试件的电导率和磁导率，影响着涡流信号的产生，造成普通涡流检测技术对检测结果判断困难，这些干扰在远场涡流检测技术上也得到了消除。

涡流检测的数值模拟及应用探究

涡流检测的数值模拟及应用探究涡流检测是一种非破坏性检测技术，常被应用于金属、合金、铁氧体、磁性材料等材料的表面和内部缺陷检测。

传统的涡流检测方法主要依靠人工经验来判断材料的质量，但由于操作难度大、误差较大等问题，使得涡流检测的自动化水平相对较低。

为了改进该技术，实现涡流检测的自动化和精度提升，数值模拟成为了涡流检测技术的研究热点。

本文将讨论涡流检测的数值模拟和应用探究问题。

一、涡流检测的数值模拟原理涡流检测的数值模拟原理是通过有限元或有限差分等方法求解磁场方程和涡流方程，计算出涡流在被检测物体中所激发的磁场分布，进而确定被检测材料的缺陷情况。

涡流检测是基于感应现象的，即磁场激发涡流，从而观测到涡流所感应的电磁信号。

被检测物体的性质和涡流激发的频率是影响涡流电磁信号的两个重要因素。

二、涡流检测的数值模拟方法在涡流检测的数值模拟中，有限元法是一种较常用的方法。

该方法通过对磁场方程和涡流方程进行离散化，构建等效电路模型，最终求解所建模型的电流和电压来得到涡流信号。

由于有限元法所建立的模型与实际被检测物体的形状相似，因此其模拟结果更加准确。

通过数值模拟，涡流检测技术可以在不同材质的应用中，对材料缺陷、裂纹、腐蚀等情况进行精确检测。

三、涡流检测的数值模拟应用探究涡流检测的数值模拟在实际应用中有着广泛的应用场景。

例如铁路检测领域，涡流检测技术被用于铁路轨道的实时监测。

由于铁路轨道的使用条件恶劣，导致轨道面易出现不规则磨损、裂纹、变形等缺陷，而这些缺陷因为对安全起关键作用，因此必须通过涡流检测技术实现对轨道的实时监测并及时反馈。

在工业制造领域中，涡流检测被用于金属零部件的表面、内部质量检测。

随着涡流检测技术的不断完善，其在地质勘探、医学检测等领域中的应用也在逐渐增加。

四、结语涡流检测的数值模拟技术是一个发展动态的领域。

尽管涡流检测已经在多个领域中得到广泛应用，但其技术的应用和开发仍然有待进一步完善。

未来，涡流检测技术的深入研究和创新发展将为工业、交通、医疗等领域的安全保障提供更为可靠的手段和技术保障。

大口径管道远场涡流缺陷检测仿真建模

2 局部分析法
远场涡流的仿真 ,实质上是在给定边界条件下求解上述椭圆偏微分方程的边值问题。电磁场数值计算方法有很多 , 有限元法不仅能适应复杂的几何形状和边界条件 , 并且成功地应用于多种介质和非均匀介质问题 ,因而在求解此类复杂电磁场问题时通常采用有限元法。 2. 1 三维有限元仿真的难点远场涡流的磁场变化范围很大 , 近场区和远场区的磁场强度相差达到几个数量级。绝大部分能量集中在激励源附近 , 而感兴趣的部分却在磁场非常弱的远场区。激励源附近的微小误差会给远场区的缺陷信号带来很大影响。在对涡流场进行远场涡流仿真时 , 通常剖分单元的尺寸要小于集肤深度 d
试验研究 ND T 无损检测
大口径管道远场涡流缺陷检测仿真建模
刘洪清 ,黄松岭 ,陆文娟 ( 清华大学电机系电力系统国家重点实验室 ,北京 100084) 摘要 :利用有限元分析软件 AN SYS 对大口径油气管道的远场涡流检测进行了仿真研究。根据远场涡流的特点 , 采取局部法进行三维仿真 , 即先对无缺陷的二维轴对称远场涡流模型做仿真 , 得到缺陷外围区域的磁场分布 ,再以此为边界条件对缺陷区域做三维仿真。该方案显著降低了模型的规模 , 提高了远场涡流缺陷检测仿真的效率和准确性 , 使得对大口径油气管道的远场涡流仿真得以在 PC 机上完成。关键词 :远场涡流检测 ;管道 ;有限元仿真建模中图分类号 : TG115. 28 文献标识码 :A 文章编号 :100026656 ( 2008) 0420241203
1 数学模型
在远场涡流检测中 , 位移电流很小 , 可以忽略不计。因此 , 其电磁感应现象可以用准稳态形式的麦 241 200 8 年第 3 0 卷第 4 期

涡流传感器测速原理

涡流传感器测速原理
涡流传感器的工作原理非常简单，它由线圈和磁芯组成。

当导
体（比如金属涡流板）经过磁场时，会在其表面产生涡流。

这些涡
流会改变线圈中的感应电流，从而产生一个与流体速度成正比的信号。

通过测量这个信号的大小，就可以得到流体的速度信息。

涡流传感器测速原理的关键在于涡流的产生和线圈感应电流的
变化。

首先，当导体（涡流板）经过磁场时，磁通量发生变化，根
据法拉第电磁感应定律，感应出来的涡流会产生一个与流体速度成
正比的感应电流。

其次，线圈中感应电流的变化会导致线圈的阻抗
发生变化，通过测量线圈的阻抗变化，就可以得到流体速度的信息。

涡流传感器测速原理的优点在于其测量精度高、对流体性质变
化不敏感、无需直接接触测量对象等特点。

此外，涡流传感器还具
有结构简单、可靠性高、寿命长等优点，因此在工业领域得到了广
泛应用。

总的来说，涡流传感器测速原理是基于涡流效应和法拉第电磁
感应定律的，通过测量涡流产生的感应电流来实现对流体速度的测
量。

其优点在于测量精度高、对流体性质变化不敏感、结构简单可靠等特点，因此在工业领域有着广泛的应用前景。

涡流传感器测速原理

涡流传感器测速原理
首先，涡流传感器由探头和信号处理器组成。

探头通常由线圈和铁芯构成，当被测物体经过探头时，会在探头周围产生涡流。

涡流产生后，会改变线圈中的磁场分布，从而在线圈中感应出电磁感应电动势。

信号处理器会接收并处理线圈感应出的电信号，最终将其转换成速度信号输出。

其次，涡流传感器测速原理基于法拉第感应定律。

根据法拉第感应定律，当导体相对磁场运动时，会在导体内感应出电动势。

涡流传感器中的线圈就是导体，当被测物体运动时，会相对于线圈产生运动，从而在线圈中感应出电动势。

通过测量感应出的电动势，就可以得到被测物体的速度信息。

最后，涡流传感器测速原理还基于涡流效应。

涡流是一种涡旋状的环流，当导体相对于磁场运动时，在导体表面会产生涡流。

涡流的大小和速度与导体运动的速度成正比，因此可以通过测量涡流的频率或相位来获取被测物体的速度信息。

通过信号处理器对涡流产生的信号进行处理，就可以得到被测物体的速度信息。

综上所述，涡流传感器测速原理是基于法拉第感应定律和涡流
效应的。

通过探头感应出的涡流信号，经过信号处理器处理后输出速度信号，实现了对被测物体速度的测量。

涡流传感器在工业自动化领域有着广泛的应用，其测速原理的深入理解对于工程技术人员具有重要的意义。

基于FPGA的远场涡流检测仪的研究的开题报告

基于FPGA的远场涡流检测仪的研究的开题报告【摘要】远场涡流检测技术是近年来涡流检测技术领域的一个热点。

目前，远场涡流检测技术主要采用的是数字信号处理器（DSP）作为平台，但是DSP存在处理速度慢、耗电量大等缺点。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于FPGA的远场涡流检测仪方案。

该方案采用FPGA作为平台，具有处理速度快、耗电量小等优点。

在硬件设计方面，本文采用Verilog HDL语言进行设计，完成了系统的硬件结构设计和电路图设计。

在软件设计方面，本文采用了C语言和VHDL语言进行程序设计，实现了系统的数据处理、显示等功能。

本文提出的基于FPGA的远场涡流检测仪方案具有重要的应用价值和研究意义。

【关键词】远场涡流检测，FPGA，Verilog HDL，C语言，VHDL语言【Abstract】Far-field eddy current testing technology is a hot topic in the field of eddy current testing technology in recent years. At present, digital signal processors (DSPs) are mainly used as platforms for far-field eddycurrent detection technology, but DSPs have disadvantages such as slow processing speed and high power consumption. In order to solve these problems, this paper proposes a scheme of far-field eddy current detector based on FPGA. The scheme adopts FPGA as the platform, which has the advantages of fast processing speed and low power consumption. In terms of hardware design, Verilog HDL language is used for design, and the hardware structure design and circuit diagram design of the system are completed. In terms of software design, C language and VHDL language are used for program design to realize data processing and display functions of the system. The FPGA-based far-field eddy current detector scheme proposed in this paper has important application value and research significance.【Keywords】Far-field eddy current testing, FPGA, Verilog HDL, C language, VHDL language【正文】一、研究背景涡流检测技术是一种非接触式的无损试验方法，广泛应用于航空航天、石油化工、电力等行业中的材料缺陷探测和表面检测等领域。

远场涡流-电感耦合效应的数值仿真

远场涡流-电感耦合效应的数值仿真商峰;董猛;王正【摘要】在役预应力钢筒混凝土管道结构内部预应力钢丝断裂会引发爆管,威胁长距离调水工程的长期安全稳定运行.基于\"远场涡流-电感耦合效应\"的电磁检测法可用于检测和定位预应力钢丝断裂区域.应用轴对称有限元方法模拟极低频电磁场从预应力钢筒混凝土管内到管外的传播情况,分析预应力钢丝环绕形成的电感效应和薄钢筒内涡流场的耦合作用,总结预应力钢丝断裂数量对管内壁附近磁感应强度和相位分布的影响规律,为预应力钢筒混凝土管道断丝检测提供初步的理论依据.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】6页(P18-23)【关键词】预应力钢筒混凝土管;无损检测;远场涡流-电感耦合效应;有限元【作者】商峰;董猛;王正【作者单位】中国水利水电科学研究院水电可持续发展研究中心,北京 100038;山东科技大学土木工程与建筑学院,青岛 266590;山东科技大学土木工程与建筑学院,青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TG115.28预应力钢筒混凝土管(Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe，PCCP)是长距离压力输水工程中常采用的结构型式。

如图1所示，PCCP管壁结构包括管芯混凝土、薄壁钢筒、预应力钢丝和砂浆保护层。

其中薄壁钢筒主要起防渗的作用，管芯混凝土起支撑管壁刚度的作用，预应力钢丝和管芯混凝土为主要的受力结构，砂浆保护层用于保护预应力钢丝不受腐蚀。

然而，PCCP在长期运行过程中，易受到地下水的腐蚀作用，管壁中的预应力钢丝可能会发生断裂，从而引发管芯混凝土的开裂，甚至诱发爆管事故，威胁供水安全和公共安全。

图1 PCCP管壁结构图远场涡流是发生在金属管道中的独特现象，最初于1951年发现，可用于油气管道管壁缺陷和损伤的检测[1]。

远场涡流法检测原理如图2所示，检测时，在管道中与管道同轴放置激励线圈，通过低频交流电激发磁场，磁场向管道两端传播过程中产生两个不同的耦合路径：一是在距离线圈较近的区域，受铁磁性管壁的强导磁作用的影响，激励线圈产生的磁场能量随距离急剧衰减；另一路径称为间接耦合能量路径，是指距离激励线圈较远的区域，一般称之为远场区，该区域的磁场在管壁中激发出周向涡流，磁场能量扩散到管道外并沿管道传播，再次在管壁中激发出涡流，穿越管壁到达检测线圈。

远场涡流检测技术

中国工业检验检测网
中国工业检验检测网
传统涡流存在的主要问题： · 传统涡流对于铁磁性管子，由于集肤效应的作用，只能检测管道的表面缺陷，不能做到对管壁100%的检测； · 对间隙很敏感，间隙变化对灵敏度影响很大。超声检测存在的主要问题： · 超声检测要求被检测的表面很清洁，需要良好的声耦合，管道检测特别是管道的在役检测很难实现良好的声耦合。
中国工业检验检测网
远场涡流无损检测的原理[11]
内置式探头置于被检测钢管内，探头上有一个激励线圈，还有一个（或二个）检测线圈。激励线圈和检测线圈的距离为钢管内径的2-3倍。激励线圈发出的磁力线（能量）穿过管壁向外扩散，在远场区又再次穿过有表面缺陷的管和相位都和壁厚有关，利用专用的软件就可测得管壁的厚度（见图9）。
中国工业检验检测网
远场涡流无损检测技术的发展历史及特点远场效应是20世纪40年代发现的。1951年Maclean W.R.获得了此项技术的美国专利 [1]（见图1）。50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现了远场涡流无损检测技术，在世界上首次研制成功检测井下套管的探头（见图2），并用来检测井下套管的腐蚀情况 [2]，1961年他将此项技术命名为 “远场涡流检测”，以区别于普通涡流检测。壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权，在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检测井下套管。 20世纪60年代初期，壳牌公司应用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包括信号功率源、信号测量、信号记录和处理，做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见图3）。此装置于1961年5月9日第一次试用，一次可以检测80公里或更长的管线。 [3]
图8 路赛尔公司研制的三代远场涡流无损检测系统

高灵敏度远场涡流传感器的研究

高灵敏度远场涡流传感器的研究1998年12月山东工业大学第28卷第5期JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVOI_28N5Dec.1”998p高灵敏度远场涡流传感器的研究*一f刘德镇刘瑛魏垦再(山东I业大学材料科学与I程学院济南250061)tf1’,Ul摘要针对传统远场涡流传感器的信号幅值及信噪比太低难以检测的实际困堆,提出在传兢远场涡流传感器中增加远场信号耦合装置及近场信号屏蔽阻尼结构,提高远场信号幅值与信噪比的设计方案.通过实验研究得到了高灵敏度传感器的最佳组合结构.关键词传感器;结构设计墨苎场_涡流偻磐器,中围分类号TGll5.284——.i,趋元损径涮’0前言远场涡流(RFEC)技术是一种最新的管道无损检测技术,它采用内通过式传感器一次通过管子,便可以相同的灵敏度同时检出管道内外表面的凹坑,裂纹,管壁内部缺陷与腐蚀减薄,是一种高效实用且经济可靠的检测方法,特别适用于地下管线及密排管道的检测.远场涡流技术以其独特的检测方式和优点显示出了在管道检测中的优越性,成为管道无损检测工程重要的研究课题.远场涡流的研究具有重要的理论学术价值和工程意义,国内外的理论研究已证实了远场涡流的存在并逐渐阐明了其机理.然而实验与应用表明,远场涡流由于检测信号十分微弱以及噪声干扰给技术上的实现带来极大的困难,如何克服这种困难是目前工程应用研究的核心和关键.1远场涡流传感器及远场涡流检测信号远场涡流检测传感器是远场涡流系统的核心与关键.过去的研究资料中,传蔷嚣一直沿用传统的一般远场涡流检测探头.这种结构的探头主要由两个与管子同轴的空心螺管线圈组成.激励线圈以低频交流电激励.检测线圈置于距激励线圈2～3倍管内径ID处的远场区,如图l所示.两线圈之间的电磁耦合随距离的变化分为三个区域即近场区,过渡区和远场区.三个区域中检测信号幅值与相位陡两线圈间距离的变化规律,如图2所示.远场涡流效应为出现于远场区的特殊现象,常规涡流的直接电磁耦合概念已无法解释.理论的研究解释了远场涡流的机理:远场涡流效应是一种电磁场的扩散现象.在远收稿日期1998?O1?o4*本文获山东省教委科研计划基金资助①山东工业大学电子工程系第一怍者简介刘德镇,男,副教授,国家高级无掼检i剜人员.1942年生.1964年毕业于山东大学物理系.主要研究方向:材料的无损检测.焊接检验等.;山东工业大学1998正直援祸亡区垃渍匡远垣堡撤同】线圈接收线翻图1远场涡流探头示意图窘翟lB9旷两战蜜距禹{IDI菁一璺崎蔫停号幅值b—f内簟崎搠值母钼:童图2检测线圈的信号特征曲线场区检测线圈检出的电磁场能量,主要是电磁场扩散,两次穿透管壁的间接耦合能量.电磁场在两次穿透管壁产生涡流的过程中,由于在空间的扩散以及与管壁材料的相互作用,远场区电磁场场强已变得十分微弱,在检测线圈中产生的感应电势信号即检测信号幅值也十分微弱,这给远场信号的检出带来极大的困难.2高灵敏度远场涡流传感器的实验研究.2.1传统远场涡流传感器的远场特性趸其缺点研究之初,我们仍沿用传统远场涡流探头的结构模式设计制作了激勖,检测哉■均为空心线圈的传感器,并在~108mmX4ram的无齄钢管中测出了这种传感嚣的近场特性越境.实验条件:所用激励信号为频率,=40Hz的低频正弦渡,其激励电压约为6V,激髓电巍约为2A.为避免边缘效应的影响,实验中保持传感器距管端≥80mm,所测得的激威和检测援圈均为空心线圈传感器的远场特性,如图3所示.由实测曲线可以看出=过渡点约在距激励线圈1.94ID处,过渡区为1.8O～2.24ID,过渡区内信号幅值较小且不稳定.从2.24ID处进入远场区,远场区信号基本趋于稳定且幅值逐渐减小.远场区最大信号幅值约为49V.实验结果表明,传统空心线圈结构的传感器存在两大突出的缺点.其一是检测信号幅值太低,通常为几微伏到几十微伏的数量级,在电子技术充分发展的今天,信号再境函距离|IDI图3激励和检测线圈均为空心线田的远场特性的分辨和处理仍很困难.其二是探头长度太长,难以在曲率稍大的管线中通过.检测信号第5期刘簿镇等;高灵敏度远场涡流传感器的研究的微弱给信号的检出和测量电路的设计带来了极大的困难.由于管壁材料化学成分和组织结构不均匀引起的导磁率和导电率的变化在传感器中带来不可避免的噪声信号,当远场涡流信号微弱到微伏级时几乎与噪声信号处在同一数量级上.在电子电路设计中对弱信号往往在传感器中采用前置放大器,但对徽弱到几乎与噪声同数量级的远场涡流信号使用前置放大器已无意义.为实现远场涡流检测并为设计放大测量电路创造条件,就必须改进传统传感器的结构,提高检测信号幅值与噪声比,研究新型高灵敏度远场涡流检测传感器.2.2新型高灵敏度传感器的研究在分析远场涡流机理和信号传输路径的基础上,围绕提高检测信号幅值和信噪比及缩短传感器长度的关键,提出了在传统空心线圈传感器的基础上进行改进,增加远场信号电磁耦合增强装置及近场信号屏蔽阻尼结构的方案.并进行了大量的实验研究,以下为实验研究结果:2.2.1激励与检测线圈增加远场信号电磁耦合装置在传感器中远场信号传输路径上,设计增加由高导磁材料制作成一定形状的远场信号耦合装置,可导引远场能量的定向传输,减少传输损耗,从而达到控制能量流扩散方向,增强间接耦合能量的目的.通过实验确定了远场信号耦合装置的参数并测出了增加远场信号耦合装置传感器的远场特性曲线如图4所示.由图中曲线可看出,过渡点在距激励线圈1.90ID处,从2.04ID再纯暖蛳距葛tIDt图4增加远场信号耦台装置传感器的远场特性处进入远场区,远场区最大信号幅值为 6.86mV.与传统结构的传感器相比远场区提前了0.20ID,远场信号提高了6.86mV一0.049mV=6.81mV,远场信号得到了明显的提高.2.2.2激励与检测线圈问增加近场信号屏蔽阻尼结构在传统空心线圈传感器中设计增加利用高导电与高导磁材料的不同排列组合制作的一定形状的近场信号屏蔽阻尼结构,从而达到抑制直接耦合能量,增强间接耦合能量,提前远场区的目的.经实验筛选得到最佳排列组合磁电组合屏蔽阻尼结构.以下图5给出了采用这种近场信号屏蔽阻尼装置后,传感器远场特性的实验结果.由曲线可看出过渡点在距激5i6线圈1.80ID处,由1.90ID处进入远场区,远场区最大信号幅值为51.4V,与传统探头相比,较远场区提前0.34ID,远场信号幅值提高51.4v一49.0V一2.4V,可以看出增加屏蔽阻尼结构后较大的提前了远场区,但检测信号幅值提高较少.2.2.3既增加远场信号电磁耦合装置又增加近场信号屏蔽阻尼结构的传感器为了获得具有最佳性能的传感器结构,将以上2.2.1与2.2.2的结果相结合.传感器山东工业大学1998芷中同时加入远场信号耦合装置与近场信号屏蔽阻尼结构,并测出这种结构传感器的远场特性,如图6所示.由图6曲线可知,过渡点在距激励线圈1.70ID处,从1.80ID处进入远场区,远场区最大信号幅值为7.85mV,与传统空心线圈传感器相比,远场区提前了0.24ID一暑■1.80ID=0.44ID,远场信号幅值提高了7?85mV一0?049mV7?80圈mV,远场区信号得到了明显的提高.分析比较实验结果可以得出这种既引入远场信号耦合装置又增加近场信号屏蔽阻尼结构的传感器为最佳组合结构的高灵敏度传感器.高灵敏度传感器有效地抑制了直接二耦合能量在管内的传播,控制集中了两次穿透管壁的间接耦合能量的扩散传输方向,并减少了在传输路径上的损耗,从而大幅度地提高了3结论(1)在传感器中增加远场信号电磁耦合装置可以导I控制间接耦合能量的扩傲方向,减少传输路径上的损耗,较大幅度地提高远场信号幅值并可摄前远场区.(2)在传感器中引入近场信号屏蔽阻尼结构,可以屏蔽阻尼直接耦合能量的传播,较大幅度提前远场区,并可稍许提高远场信号幅值.(3)同时增加远场信号耦合装置与近场信号屏蔽阻尼结构的传感器为最佳组合结构的高灵敏度传感器.高灵敏度传感器不仅鳙短了探头长度而且大幅度地提膏了远场涡流检测信号的幅值和信嗓比,为设计研制放大测量电路,实现远场涡流检测剖造了良好的条件.第5期刘蒋镇等高是敏度远场{呙流传感器的研究427参考文件1刘薄镇+刘瑛,魏星等.远场{呙流技术及国内外进展.山东工业大学+1998+28(2):191～1942LordW.远场涡流效应的机理.南京航空学院,1990-10(增刊):129～134 3SchmidtTR.TheRemoteFieldEddyCurrentInspectionTechnique.Materials Evaluation,1984-42(2)t225～2304HoshikawaH.CharacteristicsofRemoteFieldEddyCurrentTechnique.Mate rialsEvaluation,1989-47(1),93～97sTUDYoNNEWTYPERFECSENSORWITHHIGHSENSITIVⅡYLiuDezhenLiuYingWeiXing(CollegeofMater.Sei.andEng.,ShandongUniv.ofTech.,Jinan250061)ABSTRACTInordertoovercomethepracticaldifficultythatthesignalamplitu deandthesignal—noiseratioistoolowtObedetected,anewdesignhasbeenputfor wardby addingremotefieldsignalcouplingdeviceandnearfieldsignalshielding-damp ling8true- tureintraditionalRFECsensortoraiseRFECtestingsignalamplitudeandtherat ioofsig-naltonoise.Basedonexperimentresearchthebestcombinationstructureofhigh sensiti—vitysensorhasbeenobtained.KEYWORDSSensor}StructuredesignISensitivity/RFEC。

潜艇涡流速度特性数值仿真

潜艇涡流速度特性数值仿真
何心怡;张迪洲;祝琳;陈双;白一惠
【期刊名称】《水下无人系统学报》
【年(卷),期】2022(30)2
【摘要】潜艇涡流以其持续时间长、尺度大、无法消除等特点,成为各国海军探潜技术的研究热点。

文中研究潜艇涡流特性及潜艇操纵产生的涡流运动特性,探索提升反潜作战能力的新途径。

通过对3型潜艇在相同深度(200m)下的涡流运动速度与航速数值仿真,以及相同航速(10kn)下的涡流水平运动速度随深度变化数值仿真,可以发现涡流运动速度受潜艇尺寸、运动速度、潜深及浮力等参数影响,其中浮力为涡流运动速度的主要影响因素。

文中研究可为潜艇涡流速度特性提供有力支撑。

【总页数】6页(P178-183)
【作者】何心怡;张迪洲;祝琳;陈双;白一惠
【作者单位】海军研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TJ630.3
【相关文献】
1.远场涡流检测传感器速度效应仿真分析
2.远场涡流检测中探头速度效应的数值分析
3.纯剪切流动和点涡流动速度场和流场的数值模拟研究
4.圆周形涡流动速度场的数值模拟研究
5.加速度对自然超空泡特性影响的数值仿真研究
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基于有限元仿真分析的远场涡流管道缺陷检测的研究的开题报告

基于有限元仿真分析的远场涡流管道缺陷检测的研究的开题报告一、选题背景涡流无损检测技术广泛应用于管道缺陷检测领域，是目前最常用的一种无损检测方法。

远场涡流管道缺陷检测是其中一种常用的方法，其原理是通过在管道的较远距离范围内放置探测线圈，利用涡流感应电磁场的特性来检测管道中的缺陷。

然而，由于管道缺陷形态和大小的不同，以及管道壁厚和材料的异质性，会对远场涡流检测结果产生影响。

因此，通过有限元仿真分析来研究和评估不同管道缺陷对涡流检测信号的影响，对于提高远场涡流管道缺陷检测的准确性和可靠性具有重要意义。

二、研究目的本研究的目的是通过有限元仿真分析，研究不同形态和大小的管道缺陷对远场涡流管道缺陷检测信号的影响，探究管道材料和壁厚对缺陷检测的影响，并研究如何优化远场涡流管道缺陷检测系统，提高其准确性和可靠性。

三、研究方法和步骤1. 构建有限元仿真模型：根据不同的管道和缺陷的尺寸和形态，使用有限元软件进行建模，并输入管道壁厚、材料等参数。

2. 模拟远场涡流管道缺陷检测过程：采用仿真软件模拟远场涡流缺陷检测过程，通过调整探测线圈的位置、频率和电流等参数，模拟不同情况下的缺陷检测信号。

3. 分析和评估检测信号：根据模拟结果，通过分析检测信号的强度、频率和相位等参数，评估不同缺陷对涡流检测信号的影响，用于判断管道缺陷的类型和位置。

4. 优化远场涡流管道缺陷检测系统：根据仿真结果，优化远场涡流管道缺陷检测系统的参数和设备，提高其检测准确性和可靠性。

四、可行性分析本研究采用有限元仿真分析方法，可以有效模拟不同尺寸和形态的管道缺陷，并模拟不同工况下的缺陷检测信号，具有较高的可行性。

同时，该研究还可以为远场涡流管道缺陷检测技术的应用提供重要的参考和指导，有着很大的应用前景。

五、预期成果及意义本研究预计通过有限元仿真分析，研究和评估不同形态和大小的管道缺陷对远场涡流管道缺陷检测信号的影响，探究管道材料和壁厚对缺陷检测的影响，以及如何优化远场涡流管道缺陷检测系统，提高其准确性和可靠性。

远场涡流检测技术

2.3 远场涡流图
图2-123是一个载流线圈在三种条件下有限元计算出的磁场空间分布图。其中图a是空气中载流线圈的磁分布图，磁场只是由线圈中的传导电流产生，图b是在非导电磁性管材影响下线圈中传导电流的磁场分布图，图c中的磁场则是线圈中的传导电流和磁性导体管壁中的涡电流二者产生的磁场矢量和。
降。实验表明，采用外穿过式探头，灵敏度将下降50%左右。
2.1.2 远场涡流检测系统的组成
远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成：
①振荡器：作为驱动线圈的激励源，同时提供相
位测量的参考信号。 ②功率放大器：用来提高激励源的功率。 ③探头的驱动定位装置：它包括探头和确定探头轴向位置的编码和数据计算系统。 ④相位及幅值检测器：通常选用锁相放大器来测量检测线圈的信号。 ⑤微型计算机：用于储存、处理和显示检测信号和数据。
小，在远区则衰减增大，且过渡区移离激励线圈，相位滞后随壁厚增加而增大。
④管子缺陷影响，远场涡流探头无论是对内径管
壁不均匀性还是对外径管壁不均匀性都有同等的灵敏度。
⑤探头在管内移动速度变化的影响，速度在以
10m/s下，磁场畸变不太明显，当速度大于50m/s 时，磁场有相当大的畸变，因而会影响探头的响应曲线。
测信号与激励信号的相位差与管壁厚度近似成正比，“提离效应”很小。
图2-120 远场涡流检测探头
采用远场技术进行检测，其灵敏度几乎不随激励与检测线圈间距离变化而变化，探头的偏摆、倾斜对结果影响很小。此外，这种检测方法由于采用很低的频率，检测速度
慢，不宜用于短管检测，且只适用于内穿过式探头。若采用外穿过式探头，灵敏度将下
②线圈周围磁场的瞬时空间分布与直流线圈的恒
定磁场空间分布完全相似。

涡流传感器实训报告

一、实训目的本次实训旨在通过对涡流传感器的了解、操作和使用，使学生掌握涡流传感器的工作原理、主要参数、安装方法以及在实际应用中的调试与维护。

通过实训，提高学生对非接触式测量技术的认识，培养其动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实训内容1. 涡流传感器的认识涡流传感器是一种基于涡流互感效应的非接触式传感器，广泛应用于位移、厚度、速度、转速等参数的测量。

其主要特点是：- 非接触测量，无磨损；- 测量精度高，线性度好；- 抗干扰能力强，适应性强；- 结构简单，安装方便。

2. 涡流传感器的工作原理涡流传感器主要由探头、放大器、解调器等部分组成。

当高频交变电流通过探头线圈时，会在其周围产生一个交变磁场。

当被测金属物体靠近探头时，该磁场会在物体表面产生涡流。

涡流产生的磁场与原磁场相互作用，从而改变线圈的阻抗。

通过测量阻抗的变化，即可得到被测物体的位置或距离。

3. 涡流传感器的主要参数- 频率：影响传感器的灵敏度和测量范围；- 灵敏度：表示传感器对被测物体变化的响应程度；- 测量范围：传感器能够测量的最大距离；- 线性度：传感器输出信号与被测物体距离之间的关系曲线；- 抗干扰能力：传感器在恶劣环境下工作的稳定性。

4. 涡流传感器的安装- 选择合适的安装位置，确保探头与被测物体平行；- 调整探头与被测物体的距离，使其处于最佳测量状态；- 连接电源和信号线，确保连接正确。

5. 涡流传感器的调试与维护- 调整传感器参数，使其满足实际测量需求；- 定期检查传感器的工作状态，及时发现问题并进行维护；- 清洁传感器探头，避免灰尘和油污影响测量精度。

三、实训过程1. 理论学习首先对涡流传感器的基本原理、工作原理、主要参数和安装方法进行理论学习，为实际操作做好准备。

2. 实际操作在教师的指导下，进行以下操作：- 安装涡流传感器，调整探头与被测物体的距离；- 连接电源和信号线，确保连接正确；- 调整传感器参数，使其满足实际测量需求；- 进行实际测量，观察传感器输出信号的变化；- 分析测量结果，判断传感器的工作状态。