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基于电涡流式金属探测仪的特性研究

孟得东  
【摘要】: 电涡流传感器是工业生产和科学研究中使用广泛的一种无损、非接触检测仪器。对不同被测材料敏感度不同一直是制约电涡流传感器更广泛应用的重要因素。因此,对电涡流传感器的电磁性能研究就显得尤为重要。 本课题采用实验和有限元分析仿真相结合的方法,研究电涡流传感器的电磁性能。具体内容如下: 1.电涡流传感器电磁场性能的理论研究 在掌握电涡流传感器工作原理的基础上,通过对传感器等效电路的分析,从理论上推导出相关参数(检测距离、频率等)对传感器性能的影响。 2.电磁场数值仿真的建模方法研究 在深入理解有限元法(FEM:Finite Element Method)建模理论及电磁场基本理论的基础上,通过合理地简化模型,选取单元类型,划分网格和施加边界条件,得到电涡流传感器的有限元模型,并进行求解,从而建立了一套电涡流传感器电磁场的数值计算方法。 3.电涡流传感器的电磁性能的有限元分析 检测过程中,电涡流传感器受到被测材料参数(主要是电阻率和磁导率)、检测距离和探头线圈尺寸(内径、外径和高度)、检测频率等各种因素的影响。因此本文通过电涡流传感器的电磁场仿真分析来考察以上因素对电涡流传感器性能的影响,了解在各个因素影响下电涡流传感器中电磁场和被测体中涡流场的变化规律。 4.含铁氧体磁芯的多探头电涡流传感器三维有限元模型的研究 建立了含铁氧体磁芯的多探头电涡流传感器三维模型,并对其模型进行了理论分析,通过对电涡流检测三维涡流场的数值模拟,绘出了电涡流传感器磁感应强度分布云图和矢量分布图、不同视角的三维涡流场涡流电密的强弱分布伪彩图,直观地示出了电缆线芯导体感应电涡流的去磁效应和集肤效应。通过改变线圈匝数、铁氧体探头尺寸大小、被测体半径等参数,计算出探头线圈的涡流损耗和储能的数值变化,分析了他们的变化关系,为铁氧体涡流传感器的研究提供了参考依据。 5.电涡流传感器实验电路的仿真与设计 本文为了测试顺磁性和逆磁性物质对电涡流传感器的探头线圈的影响,设计了F/V实验电路,通过相应的声光报警电路来显示被测金属为顺磁性金属还是逆磁性金属。


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