电磁无损检测及应用
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in 2 0
散射场阻抗
Z ( j ) jnc 0 U 2 (r1 , r2 , )(1 e d ) 2 e 2h )]d
sc 2 0
22
三、常规涡流无损检测
Int(r1 , r2 , i ) tJ1 (t ) d t
i r1
i r2
Z ( j ) 2 j0 nc
0
1 A3 0 I ' J1 ( )J1 ( ' )e z ' (e z e z ) d 2 0
1 A4 0 I ' J1 ( )J1 ( ' )e z (e z ' e z ' ) d 2 0
18
三、常规涡流无损检测 圆柱线圈阻抗求解模型
r2 h r1
J d ' d z'
tJ1 (t ) d t
A1 20 J U (r1 , r2 , ) J1 ( )u2e(u1 u2 ) c (1 e d )e h J1 ( ' )eu1z ' d
0
A2 0 J c U (r1 , r2 , ) J1 ( ) (1 e d )e h [(u1 u2 )e u2 ( z 2c ) (u2 u1 )e u2 z ] d
3
机械电子工程
学士学位
一、个人基本情况
工作经历 2011.10-至今 无锡国盛精密模具有限公司 博士后 2010.6-至今 江南大学机械工程学院 讲师 硕士生导师
2005.7-2007.1 江苏技术师范学院机械与汽车工程学院 2001.7-2002.6 武汉钢铁集团公司建设公司
4
一、个人基本情况
0
1 A3 0 J U (r1 , r2 , )(1 e d )e h J 1 ( )(e z Aez ) d 2 0
1 A4 0 J U (r1 , r2 , )[ (1 e d )e h (e d 1)e h ]J 1 ( )e z d 2 0
5
二、电磁无损检测
电磁无损检测 定义：利用材料在电磁场的作用下呈现出的电磁特性变化 来判断被测材料组织及有关性能的一类试验方法。
单频涡流检测
分类：
多频涡流检测 涡流检测 远场涡流检测 脉冲涡流检测 电 磁 无 损 检 测
直流漏磁检测 漏磁检测 交流漏磁检测 多频漏磁检测 脉冲漏磁检测 交变磁场测量
A5 A51 A52
1 0 J U (r1 , r2 , )J1 ( ) [2 e ( z h ) e ( hd z ) e ( z h ) (1 e d )]d 2 0
21
三、常规涡流无损检测
Z ( j ) jnc d d
0 r1 2 r2 hd
h
A5 ( , z ) dz I ( j )
Z ( j ) jnc 0 U (r1 , r2 , ) 2 [2(d e d 1) (1 e d ) 2 e 2h )]d
2 0
入射场阻抗
Z ( j ) 2 j0 nc U 2 (r1 , r2 , )(d e d 1) d
6
二、电磁无损检测
分类，以方波为例：
f t V
0
、
An
和
T
t
n
f (t ) A0 An sin(n0t n )
式中， 、 、 0 A n n
7
n 1
分别为基准角频率、振幅谱和相位谱。
二、电磁无损检测
分类 1）当 An 0(n 1,2,....., ) 时，为直流漏磁检测，此时被测 试件中不产生涡流。 2）当
2.从信息获取的角度来看，增加激励电流中的多项式以至达到脉 冲激励，使得激励频率成分不断丰富，从而有可能得到更多的检 测参数和方程去评估被测缺陷特征参数，如多频涡流、相控阵涡 流技术等。
3.从信号处理上看，直流磁化仅包含幅度Байду номын сангаас息，考虑磁场空间分 布即可，交流激励含有了幅度、相位、频率等时空信息，因而分 析的范围和参量更复杂。
1区：z<-c 2区：-c<z<0 3区：0<z<h 4区：z>d+h
z 线圈 r1 r2 O c d h y
x
19
三、常规涡流无损检测
d I J d ' d z'
h d
I
1
r1
h d r2
U( 1 , r2 , ) 3 dr e 1 h z ' e d z ' e h
in
2
Int2 (r1 , r2 , i )
i 1
r2 bi d )] r12[i d 1 exp(
[(i b) J 0 (i b)]2 i
5
z
圆柱线圈阻抗的数值计算
11
三、常规涡流无损检测
目的1
寻求消除被测体电磁特性对传感器输出影 响的基础理论，并研究其实现方法
目的2
研究探头几何结构及其参数对传感器性能 的影响，对提高传感器性能提供指导
12
三、常规涡流无损检测
输入
线圈
一级磁场
二级磁场 被测体 涡流
Z , L, Q F ( x, , , f )
13
16
2, 3, 4
无限远边界条件
三、常规涡流无损检测
柱坐标系下
2 A 1 A 1 2 A 2 ( ki 2 ) A 2 0 2 z
(1)
1 R 1 R 1 1 2Z 2 ( ) ( k i )0 2 2 2 R R Z z f ( ) g (Z ) 2
内无 边限 界远 条边 件界 条 件
R的通解
0
Z的通解
A1 20 I ' J1 ( )J1 ( ' )u2 e (u1u2 ) c eu1z z ' d
A2 0 I ' J1 ( )J1 ( ' ) e z ' [(u1 u2 )eu2 ( z 2c ) (u2 u1 )e u2 z ] d
9
二、电磁无损检测
10
三、常规涡流无损检测
研究意义
电涡流传感器
输出与被测体电磁 特性有关
性能与探头线圈结 构和几何参数相关
问题1 问题2 问题3
同一企业或研究机构因被测体电磁特性不同需购进不同传感 器
在野外作业时，用于测量某一被测体的传感器出现问题时不 能用其他传感器不能替代
检测国外引进设备时，因不了解材料电磁特性而无法精确标 定传感器。
U
L1
L2
( L2 ) 2 M 2 R R1 R 2 ( L ) 2 R2 2 2 2 2 ( L ) M L = L 2 L2 1 2 2 R2 ( L2 )
14
三、常规涡流无损检测 单匝线圈的阻抗求解模型
z
4区
1区：z<-c (c>0) 2区：-c<z<0 3区：0<z<z’ 4区：z>z’
x
I(t) O
ρ’
z’
3区
y
2区 1区 c
15
三、常规涡流无损检测
定解问题 lim A1 lim A2 z c 0 z c 0 A A2 轴对称时谐电磁场 lim 2 1 0 lim 约束方程 lim A1 0 z c 0 z z c 0 z 1 2 2 lim lim A2 lim A 3 A ( k ) Ai 0 A2 0i 1, z 0 z 0 i i 2 本构方程 A3 A2 lim 0 lim A3 0 lim A A 0 2 B z 0 z 0 z z lim A 0 lim A lim A 4 z z '0 3 z z '0 4 A3 A4 lim lim 0 I ( ' ) z z ' 0 z z z '0 z 内边界条件
三、常规涡流无损检测
涡流等效电路
I1 R1 M R2 I2
I1R1 I1 j L1 I 2 jM U I1 jM I 2 R2 I 2 j L2 0
(2 f )2 M 2 (2 f )2 M 2 Z R1 2 R j 2 fL1 - 2 2 fL2 2 2 2 R2 (2 fL2 ) R2 (2 fL2 )
电磁无损检测及应用
内 容
一．个人基本情况
二．电磁无损检测
三．常规涡流无损检测
四．远场涡流无损检测
五．多频涡流无损检测
六．脉冲涡流无损检测
七．漏磁无损检测
2
一、个人基本情况
学习经历 2007.4-2010.6 南京航空航天大学 测试计量技术及仪器 博士学位 2008.9-2009.9 受国家留学基金委资助在英国纽卡斯尔大学 电气电子与计算机学院从事合作研究 2002.9-2005.6 华中农业大学 农业机械化工程 硕士学位 1997.9-2001.6 长江大学
20
三、常规涡流无损检测 5区：h<z<d+h
A51
P(ρ,
,z)
1 0 J U (r1 , r2 , )J1 ( ) [(1 e ( hd z ) e z (e z e hd )]d 2 0
上部线圈单独作用
下部线圈单独作用 1 A52 0 J U (r1 , r2 , ) J 1 ( )[(1 e ( z h ) e z (e h e z )] d 2 0
2
2u 2c uz u ) e uz ( u )( u u ) ( u )( u r 2 2 r 1 r 2 2 r 1 A( z ) [C1 J1 ( ) C2Y1 ( )][C3e C4 e ] d , 2u c 0 u 2 )(u 2 r u1 ) (u 2 r )(u 2 r u1 )e 2 (r
A0 0
0时
，且多项式中仅有一项时，产生单频激励。
3）当 A0
，且多项式中有多项式时，产生多频激励。
4）当具有全频时，产生脉冲激励。
8
二、电磁无损检测
激励磁场的成分 1.从磁场的穿透能力来看，直流磁化能够穿透铁磁性构件的全断 面，因而能够激发出各个部位的缺陷产生出的磁场信息，但对非 铁磁性构件直流磁化则无能为力；交流频率随着频率的提高，涡 流渗入层面不断变薄，同时检测的灵敏度也将不断提高。
分离变量 法2
A R ( ρ) Z ( z )
(2)
2R R 2 2 ( 1) R 0 2
2
(3)
2 R R 1 2 (2 ) R 0 SL型本征值问题方程
17
三、常规涡流无损检测
t=λρ
r 2 R R t 2 t (t 2 1) R 0 BESSEL 方程2u2c ( t r u2 )( t u2 r u1 ) (u2 r )(u2 r u1 )e
科研情况
主持项目 （1）国家自然科学基金青年基金（051107053） 方向性脉冲涡流无损检测机理与应用研究 25万 （2）中国博士后基金 5万 （3）2012年入选“江苏省企业博士集聚计划” 20万 申获专利 3项，其中发明专利2项，实用新型1项。 发表论文 20余篇，其中国际期刊3篇（SCI检索），国内重 要核心期刊3篇（EI检索）。
散射场阻抗
Z ( j ) jnc 0 U 2 (r1 , r2 , )(1 e d ) 2 e 2h )]d
sc 2 0
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三、常规涡流无损检测
Int(r1 , r2 , i ) tJ1 (t ) d t
i r1
i r2
Z ( j ) 2 j0 nc
0
1 A3 0 I ' J1 ( )J1 ( ' )e z ' (e z e z ) d 2 0
1 A4 0 I ' J1 ( )J1 ( ' )e z (e z ' e z ' ) d 2 0
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三、常规涡流无损检测 圆柱线圈阻抗求解模型
r2 h r1
J d ' d z'
tJ1 (t ) d t
A1 20 J U (r1 , r2 , ) J1 ( )u2e(u1 u2 ) c (1 e d )e h J1 ( ' )eu1z ' d
0
A2 0 J c U (r1 , r2 , ) J1 ( ) (1 e d )e h [(u1 u2 )e u2 ( z 2c ) (u2 u1 )e u2 z ] d
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机械电子工程
学士学位
一、个人基本情况
工作经历 2011.10-至今 无锡国盛精密模具有限公司 博士后 2010.6-至今 江南大学机械工程学院 讲师 硕士生导师
2005.7-2007.1 江苏技术师范学院机械与汽车工程学院 2001.7-2002.6 武汉钢铁集团公司建设公司
4
一、个人基本情况
0
1 A3 0 J U (r1 , r2 , )(1 e d )e h J 1 ( )(e z Aez ) d 2 0
1 A4 0 J U (r1 , r2 , )[ (1 e d )e h (e d 1)e h ]J 1 ( )e z d 2 0
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二、电磁无损检测
电磁无损检测 定义：利用材料在电磁场的作用下呈现出的电磁特性变化 来判断被测材料组织及有关性能的一类试验方法。
单频涡流检测
分类：
多频涡流检测 涡流检测 远场涡流检测 脉冲涡流检测 电 磁 无 损 检 测
直流漏磁检测 漏磁检测 交流漏磁检测 多频漏磁检测 脉冲漏磁检测 交变磁场测量
A5 A51 A52
1 0 J U (r1 , r2 , )J1 ( ) [2 e ( z h ) e ( hd z ) e ( z h ) (1 e d )]d 2 0
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三、常规涡流无损检测
Z ( j ) jnc d d
0 r1 2 r2 hd
h
A5 ( , z ) dz I ( j )
Z ( j ) jnc 0 U (r1 , r2 , ) 2 [2(d e d 1) (1 e d ) 2 e 2h )]d
2 0
入射场阻抗
Z ( j ) 2 j0 nc U 2 (r1 , r2 , )(d e d 1) d
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二、电磁无损检测
分类，以方波为例：
f t V
0
、
An
和
T
t
n
f (t ) A0 An sin(n0t n )
式中， 、 、 0 A n n
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n 1
分别为基准角频率、振幅谱和相位谱。
二、电磁无损检测
分类 1）当 An 0(n 1,2,....., ) 时，为直流漏磁检测，此时被测 试件中不产生涡流。 2）当
2.从信息获取的角度来看，增加激励电流中的多项式以至达到脉 冲激励，使得激励频率成分不断丰富，从而有可能得到更多的检 测参数和方程去评估被测缺陷特征参数，如多频涡流、相控阵涡 流技术等。
3.从信号处理上看，直流磁化仅包含幅度Байду номын сангаас息，考虑磁场空间分 布即可，交流激励含有了幅度、相位、频率等时空信息，因而分 析的范围和参量更复杂。
1区：z<-c 2区：-c<z<0 3区：0<z<h 4区：z>d+h
z 线圈 r1 r2 O c d h y
x
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三、常规涡流无损检测
d I J d ' d z'
h d
I
1
r1
h d r2
U( 1 , r2 , ) 3 dr e 1 h z ' e d z ' e h
in
2
Int2 (r1 , r2 , i )
i 1
r2 bi d )] r12[i d 1 exp(
[(i b) J 0 (i b)]2 i
5
z
圆柱线圈阻抗的数值计算
11
三、常规涡流无损检测
目的1
寻求消除被测体电磁特性对传感器输出影 响的基础理论，并研究其实现方法
目的2
研究探头几何结构及其参数对传感器性能 的影响，对提高传感器性能提供指导
12
三、常规涡流无损检测
输入
线圈
一级磁场
二级磁场 被测体 涡流
Z , L, Q F ( x, , , f )
13
16
2, 3, 4
无限远边界条件
三、常规涡流无损检测
柱坐标系下
2 A 1 A 1 2 A 2 ( ki 2 ) A 2 0 2 z
(1)
1 R 1 R 1 1 2Z 2 ( ) ( k i )0 2 2 2 R R Z z f ( ) g (Z ) 2
内无 边限 界远 条边 件界 条 件
R的通解
0
Z的通解
A1 20 I ' J1 ( )J1 ( ' )u2 e (u1u2 ) c eu1z z ' d
A2 0 I ' J1 ( )J1 ( ' ) e z ' [(u1 u2 )eu2 ( z 2c ) (u2 u1 )e u2 z ] d
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二、电磁无损检测
10
三、常规涡流无损检测
研究意义
电涡流传感器
输出与被测体电磁 特性有关
性能与探头线圈结 构和几何参数相关
问题1 问题2 问题3
同一企业或研究机构因被测体电磁特性不同需购进不同传感 器
在野外作业时，用于测量某一被测体的传感器出现问题时不 能用其他传感器不能替代
检测国外引进设备时，因不了解材料电磁特性而无法精确标 定传感器。
U
L1
L2
( L2 ) 2 M 2 R R1 R 2 ( L ) 2 R2 2 2 2 2 ( L ) M L = L 2 L2 1 2 2 R2 ( L2 )
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三、常规涡流无损检测 单匝线圈的阻抗求解模型
z
4区
1区：z<-c (c>0) 2区：-c<z<0 3区：0<z<z’ 4区：z>z’
x
I(t) O
ρ’
z’
3区
y
2区 1区 c
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三、常规涡流无损检测
定解问题 lim A1 lim A2 z c 0 z c 0 A A2 轴对称时谐电磁场 lim 2 1 0 lim 约束方程 lim A1 0 z c 0 z z c 0 z 1 2 2 lim lim A2 lim A 3 A ( k ) Ai 0 A2 0i 1, z 0 z 0 i i 2 本构方程 A3 A2 lim 0 lim A3 0 lim A A 0 2 B z 0 z 0 z z lim A 0 lim A lim A 4 z z '0 3 z z '0 4 A3 A4 lim lim 0 I ( ' ) z z ' 0 z z z '0 z 内边界条件
三、常规涡流无损检测
涡流等效电路
I1 R1 M R2 I2
I1R1 I1 j L1 I 2 jM U I1 jM I 2 R2 I 2 j L2 0
(2 f )2 M 2 (2 f )2 M 2 Z R1 2 R j 2 fL1 - 2 2 fL2 2 2 2 R2 (2 fL2 ) R2 (2 fL2 )
电磁无损检测及应用
内 容
一．个人基本情况
二．电磁无损检测
三．常规涡流无损检测
四．远场涡流无损检测
五．多频涡流无损检测
六．脉冲涡流无损检测
七．漏磁无损检测
2
一、个人基本情况
学习经历 2007.4-2010.6 南京航空航天大学 测试计量技术及仪器 博士学位 2008.9-2009.9 受国家留学基金委资助在英国纽卡斯尔大学 电气电子与计算机学院从事合作研究 2002.9-2005.6 华中农业大学 农业机械化工程 硕士学位 1997.9-2001.6 长江大学
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三、常规涡流无损检测 5区：h<z<d+h
A51
P(ρ,
,z)
1 0 J U (r1 , r2 , )J1 ( ) [(1 e ( hd z ) e z (e z e hd )]d 2 0
上部线圈单独作用
下部线圈单独作用 1 A52 0 J U (r1 , r2 , ) J 1 ( )[(1 e ( z h ) e z (e h e z )] d 2 0
2
2u 2c uz u ) e uz ( u )( u u ) ( u )( u r 2 2 r 1 r 2 2 r 1 A( z ) [C1 J1 ( ) C2Y1 ( )][C3e C4 e ] d , 2u c 0 u 2 )(u 2 r u1 ) (u 2 r )(u 2 r u1 )e 2 (r
A0 0
0时
，且多项式中仅有一项时，产生单频激励。
3）当 A0
，且多项式中有多项式时，产生多频激励。
4）当具有全频时，产生脉冲激励。
8
二、电磁无损检测
激励磁场的成分 1.从磁场的穿透能力来看，直流磁化能够穿透铁磁性构件的全断 面，因而能够激发出各个部位的缺陷产生出的磁场信息，但对非 铁磁性构件直流磁化则无能为力；交流频率随着频率的提高，涡 流渗入层面不断变薄，同时检测的灵敏度也将不断提高。
分离变量 法2
A R ( ρ) Z ( z )
(2)
2R R 2 2 ( 1) R 0 2
2
(3)
2 R R 1 2 (2 ) R 0 SL型本征值问题方程
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三、常规涡流无损检测
t=λρ
r 2 R R t 2 t (t 2 1) R 0 BESSEL 方程2u2c ( t r u2 )( t u2 r u1 ) (u2 r )(u2 r u1 )e
科研情况
主持项目 （1）国家自然科学基金青年基金（051107053） 方向性脉冲涡流无损检测机理与应用研究 25万 （2）中国博士后基金 5万 （3）2012年入选“江苏省企业博士集聚计划” 20万 申获专利 3项，其中发明专利2项，实用新型1项。 发表论文 20余篇，其中国际期刊3篇（SCI检索），国内重 要核心期刊3篇（EI检索）。