基于静磁场激励的涡流检测中场量分析的方法研究

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本文在洛伦兹力微颗粒探测法和涡流检测中场量分析法的基础上,提出了一种基于静磁场激励的涡流检测中场量分析的新方法,即一种采用永磁体代替激励线圈提供初级磁场,当永磁体与待测试样间产生相对运动时,会在试样内产生涡电流,试样感应的涡电流产生的第二磁场会由于缺陷处电导率的差异存在而产生变化,这种变化最终导致空间磁场的变化。采用磁场传感器测量这种空间磁场变化的过程。基于上述电磁感应原理搭建空间磁场检测装置,开发了“永磁体-磁场传感器”系统测量空间磁感应强度的变化过程,采用巨磁电阻(GiantMagnetoresistance)传感器和隧道巨磁阻(Tunnel Magnetoresistance)传感器两种磁场传感器应用在不同形貌缺陷及微小缺陷测量的研究中。本文的主要工作如下:  (1)设计并搭建“永磁体-GMR传感器”检测系统(“PM-GMR传感器”检测系统),主要包括永磁体-GMR传感器测量探头、信号处理模块和数据采集模块的建立,及实验系统中各参数的设计。针对不同截面形貌缺陷及微颗粒缺陷开展了测量工作,并对多种影响因素开展了研究,包括提离距离、相对运动速度等因素。最后,将该装置的测量结果与“激光-悬臂梁-永磁体”测量方法对比,实验结果显示该检测系统对连续分布缺陷及微颗粒缺陷具有良好的检测能力;  (2)利用COMSOL数值模拟软件建立模型,模拟该电磁测量方法的物理过程。对第二磁场的分布特征进行了研究,并选择其X轴方向的变化为研究对象,对永磁体的尺寸及不同类型的缺陷进行了研究,并对相对运动速度对第二磁场的影响做了相关模拟,上述结果验证了该测量原理的可行性;  (3)由于上述GMR测量装置在测量微小缺陷的过程中存在空间分辨率及灵敏度不能满足测量需求等问题,本文选择更为先进的TMR磁场传感器应用到“永磁体-磁场传感器”测量装置中,对“永磁体-TMR传感器”检测系统(“PM-TMR传感器”检测系统)进行优化设计,并采用该测量装置对圆盘试样开展了测量工作,对该测量结果进行了整理分析,该部分实验结果体现了“永磁体-TMR传感器”测量装置的优越性,表明在测量微小缺陷领域中有较大的潜力。  本研究表明:基于静磁场激励的涡流检测中场量分析的方法原理可行,基于此原理搭建的“永磁体-磁场传感器”测量系统在测量不同类型缺陷的应用中,具有非接触式测量、测量装置简单,信号简洁、直接反映缺陷信息等优点,可获得定量结果。有望在工业检测领域获得实际的工业应用。
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