脉冲涡流测厚技术

　　脉冲涡流检测技术是近几年迅速发展起来的一种新型无损检测技术,在检测诸如铁路上运输腐蚀性物质的罐车、压力管道以及化工容器的壁厚方面,表现出了潜在的应用优势[1-3]。

　　笔者利用ANSYS分析软件,对脉冲涡流检测技术的检测过程进行模拟仿真,在使用商用脉冲涡流仪器验证了仿真模型正确性的前提下,分析了检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律,并给出相关因素对电压值的影响趋势,为后续的设备研制提供理论依据和技术支持。

　　1　建模与仿真

　　1.1　建立模型

　　脉冲涡流仿真分析的目的在于研究检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律,进而找出两者之间的对应关系。

　　从理论上说,建立三维涡流场的一般分析模型,并对其进行求解是完全可行的,但具体实现起来却比较复杂。考虑到实现上述目的与被测体的表面形状关系不大,所以可将模型简化为线圈正对一足够大的圆盘状导体来进行分析,这样可将三维涡流场的问题简化为轴对称二维涡流场的问题,其可行性得到实际试验结果证明。

　　1.2　仿真参数选取

　　脉冲涡流测厚的实质就是根据检测线圈上的信号(即电压)来计算出被测体的厚度。试验通过研究在其它条件都不变的情况下,检测线圈上的电压随被测体厚度的变化规律。仿真参数数值如下:检测线圈内半径20 mm,厚度10 mm,高度15 mm;激励线圈内半径50 mm,厚度20 mm,高度40 mm;提离高度10 mm;内/外层空气域半径分别为630和1 000 mm;线圈电阻率1.724×10-8Ω·m,相对磁导率为1;被测体电阻率1.4×10-7Ω·m,相对磁导率400;脉冲频率2 Hz,幅值6 A;求解终止时间0.5 s,求解子步数200;被测体厚度以1 mm为增幅,从1 mm递增至16 mm。

　　2　仿真模型检验

　　2.1　试验方案

　　采用荷兰RTD公司生产的商用RTD-IN-COTEST型脉冲涡流测厚仪。选取某个厚度的被测体(试验中为9 mm),观察检测线圈上的电压随时间的变化规律。把这个规律与相同条件的仿真试验得出的同厚度被测体检测电压的规律进行比较,验证仿真模型的准确程度。

　　2.2　验证比较

　　RTD-INCOTEST的数据处理办法是,取检测线圈上的电压信号的包络线,再作双对数处理,即对X轴和Y轴分别取对数处理,得出检测电压随时间变化的规律。对仿真结果作同样处理,得到的对比结果如图1。

　　由图可见,两者电压变化规律一致,因此所建立的脉冲涡流测厚系统的仿真模型是正确的。以后可通过改变相关参数,最终达到优化的目的。

　　3　结果分析

　　3.1　仿真结果