基于Ansys仿真的双频涡流管道裂纹检测中干扰信号的剔除

　　双频涡流检测技术广泛应用于飞机、舰船和核电站等军、民用设施在役管道的裂纹无损检测[1]。将双频信号经分频处理后所得的两组不同频率下的检测信号序列,经过转换、形变等一系列信号混频算法,可以从支撑板等干扰信号中,有效分离出缺陷或裂纹的信号,从而达到在役检测的目的。

　　1　管道差动双频涡流传感器的检测原理

　　差动式涡流传感器由一对反向连接的线圈组成,安置在间隔很小的同一轴线上。当移动传感器经过不连续处时,线圈的阻抗变化不平衡,产生了一个阻抗差[2]。随着探头进入缺陷区域和离开缺陷区试计量技术与仪器,研究方向为电磁无损检测。

　　域,则可在阻抗平面图上绘制一个包含相位和幅值信息的8字图,用来判断缺陷的性质,其原理如图1。当管道周围有支撑板时,支撑板信号将会与缺陷信号混叠在一起,若通过单频激励下差动传感器的阻抗电压变化,很难分辨两者。此时,双频激励和后续一系列分频、混频的处理,可以较好地将支撑板信号和缺陷信号分开。

　　2　管道差动双频涡流检测的Ansys仿真

　　涡流检测原理的实质是电磁能量与被检测试件的交互作用,这种作用在理论上可用麦克斯韦方程组表示。除极少数简单情况下,这些方程的解析解通常是无法求得的。随着数字计算机的出现,数值计算方法得到了迅速的发展,也促进了电磁场问题的分析。

　　在利用有限元法求解电磁场方程时,首先需要列出方程,将区域进行离散化,建立有限元方程式,然后根据边界条件,解最终的联立方程,求出区域内离散点磁矢量势。笔者在阻抗分析原理上,应用Ansys,对有支撑板的管道进行差动传感器的双频涡流仿真。

　　2.1　全周向轴对称缺陷的建模

　　双频涡流检测仿真试验是由被检管道试件与差动检测探头组成,被测试件是套有支撑板的圆柱形薄壁管,差动探头由两个相距很近的铜线圈反接组成,整个模型是轴对称的。在进行全周向缺陷仿真时,可对其建立二维模型,只需要分析柱状模型的半截面,就能得出整个模型的情况。建立的二维模型如图2。被检件是一段内半径为19.7 mm,外半径为22.2 mm,长280 mm的薄壁管;管壁外是长80 mm,厚10 mm的周向支撑;缺陷为深2.2 mm,宽2 mm的周向缺陷,缺陷位于支撑板正下方,管壁外侧;差动线圈为反接的两个轴向铜线圈,内半径为15 mm,外半径为19 mm。管内除了线圈皆充满空气,为了

　　灵活网格划分、减少计算量、节约计算时间,同时确保仿真精度,在管外自由区建模时设置两层圆柱环形空气,内层空气的环半径为26 mm,外层空气的环半径为60 mm。在外层空气的边缘设置远场边界条件。